Question

15．在一定溫度下的某容積可變的密閉容器中，建立下列化學(xué)平衡：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）．
試分析和回答下列問(wèn)題：
（1）可認(rèn)定上述可逆反應(yīng)在一定條件下已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BD（選填序號(hào)）．
A．體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
B．v_正（CO）=v_逆（H₂O）
C．生成n molCO的同時(shí)生成n mol H₂
D．1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2molH-O鍵
（2）若上述化學(xué)平衡狀態(tài)從正反應(yīng)開始建立，達(dá)到平衡后，給平衡體系加壓（縮小容積、其它條件不變．下同），則容器內(nèi)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量面將變大（填寫不變、變小、變大）．
（3）若上述化學(xué)平衡狀態(tài)從正、逆兩反應(yīng)同時(shí)建立[即起始時(shí)同時(shí)投放C（s）、H₂O（g）、CO（g）、H₂（g）]，達(dá)到平衡后，試討論：
①容積內(nèi)氣體混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量$\overline{M}$的取值范圍是2＜$\overline{M}$＜28．
②若給平衡體系加壓，請(qǐng)參照起始投放的氣體物質(zhì)的平均相對(duì)分子質(zhì)量（設(shè)定為$\overline{M}$₁），分別給出$\overline{M}$的變化（請(qǐng)?zhí)顚憲l件和結(jié)論）：當(dāng)$\overline{M}$₁＜12時(shí)，$\overline{M}$減小；當(dāng)$\overline{M}$₁=12時(shí)，$\overline{M}$不變；當(dāng)$\overline{M}$₁＞12時(shí)，$\overline{M}$增大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變；平衡移動(dòng)的原理來(lái)分析解答；
（2）縮小平衡體積，平衡不移動(dòng)，但是密度增大，平均摩爾質(zhì)量變大；
（3）①可以看到只有三種是氣體，相對(duì)分子質(zhì)量分別為H₂O（18），CO（28），H₂（2），混合之后，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不應(yīng)該大于最大的28，也不能小于最小的2，理解方法就是極限法，假設(shè)絕大多數(shù)氣體是H₂，只有一點(diǎn)點(diǎn)H₂O和CO，平均相對(duì)分子質(zhì)量將會(huì)非常接近2；
②若給平衡體系加壓，參照起始投放的氣體物質(zhì)的平均相對(duì)分子質(zhì)量（設(shè)定為$\overline{M}$₁），分別給出$\overline{M}$的變化，
設(shè)反應(yīng)平衡時(shí)候（加壓之前）H2O為a mol，CO為b mol，H2為c mol 加壓以后，平衡要向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，設(shè)反應(yīng)了x mol（x應(yīng)該小于b，c中最小的那個(gè)）
達(dá)到新平衡后，三種物質(zhì)的物質(zhì)量為a+x b-x c-x 摩爾
根據(jù)平均相對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)算公式M₁$\frac{18a+28b+2c}{a+b+c}$，M=$\frac{18（a+x）+28（b-x）+2（c-x）}{a+x+b-x+c-x}$=$\frac{18a+28b+2c-12x}{a+b+c-x}$
很容易得到18a+28b+2c=M₁（a+b+c）
消去18a+28b+2c，得M=$\frac{{M}_{1}（a+b+c）-12x}{a+b+c-x}$=$\frac{（a+b+c-x）{M}_{1}+{M}_{1}x-12x}{a+b+c-x}$=M₁+$\frac{（{M}_{1}-12）x}{a+b+c-x}$
然后觀察這個(gè)式子，進(jìn)行討論即可．

解答 解：（1）A．體系的壓強(qiáng)一直不發(fā)生變化，故A錯(cuò)誤；            
B．v_正（CO）=v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），故B正確；
C．生成n molCO的同時(shí)生成n mol H₂，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系，故C錯(cuò)誤；　　　
D．1mol H-H鍵斷裂等效于，形成2mol H-O鍵，同時(shí)斷裂2mol H-O鍵，故D正確；故選：BD，
故答案為：BD；
（2）若上述化學(xué)平衡狀態(tài)從正反應(yīng)開始建立，達(dá)到平衡后，給平衡體系加壓（縮小體積），C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），則加壓化學(xué)平衡逆向進(jìn)行，氣體質(zhì)量減小，氣體物質(zhì)的量減小，但氣體物質(zhì)的量減少的多，所以容器內(nèi)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量將變大，
故答案為：變大；
（3）①可以看到只有三種是氣體，相對(duì)分子質(zhì)量分別為H₂O（18），CO（28），H₂（2），混合之后，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不應(yīng)該大于最大的28，也不能小于最小的2，混合氣體中當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量最小的氫氣的實(shí)際質(zhì)量無(wú)限大時(shí)，其他的反應(yīng)物無(wú)限小就可以忽略不計(jì)了，但還是有的，相對(duì)分子質(zhì)量是大于2而不是大于等于2，同理最大的相對(duì)分子質(zhì)量最大的是小于28，2＜$\overline{M}$＜28，故答案為：2＜$\overline{M}$＜28；
②若給平衡體系加壓，參照起始投放的氣體物質(zhì)的平均相對(duì)分子質(zhì)量（設(shè)定為$\overline{M}$₁），分別給出$\overline{M}$的變化，
設(shè)反應(yīng)平衡時(shí)候（加壓之前）H2O為a mol，CO為b mol，H2為c mol加壓以后，平衡要向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，設(shè)反應(yīng)了x mol（x應(yīng)該小于b，c中最小的那個(gè)）
達(dá)到新平衡后，三種物質(zhì)的物質(zhì)量為a+x b-x c-x 摩爾
根據(jù)平均相對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)算公式M₁$\frac{18a+28b+2c}{a+b+c}$，M=$\frac{18（a+x）+28（b-x）+2（c-x）}{a+x+b-x+c-x}$=$\frac{18a+28b+2c-12x}{a+b+c-x}$
很容易得到18a+28b+2c=M₁（a+b+c）
消去18a+28b+2c，得M=$\frac{{M}_{1}（a+b+c）-12x}{a+b+c-x}$=$\frac{（a+b+c-x）{M}_{1}+{M}_{1}x-12x}{a+b+c-x}$=M₁+$\frac{（{M}_{1}-12）x}{a+b+c-x}$
然后觀察這個(gè)式子，進(jìn)行討論即可．
當(dāng)M₁＜12時(shí)，后面的分式為負(fù)，平均相對(duì)分子質(zhì)量變小
當(dāng)M₁=12時(shí)，M=M₁，平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
當(dāng)M₁＞12時(shí)，后面的分式為正，平均相對(duì)分子質(zhì)量變大
當(dāng)$\overline{M}$₁＜12時(shí)，$\overline{M}$減��；當(dāng)$\overline{M}$₁=12時(shí)，$\overline{M}$不變；當(dāng)$\overline{M}$₁＞12時(shí)，$\overline{M}$增大．
故答案為：當(dāng)$\overline{M}$₁＜12時(shí)，$\overline{M}$減小；當(dāng)$\overline{M}$₁=12時(shí)，$\overline{M}$不變；當(dāng)$\overline{M}$₁＞12時(shí)，$\overline{M}$增大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷和化學(xué)平衡的移動(dòng)，題目難度中等，注意當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，但不為0，平均相對(duì)分子質(zhì)量隨平衡變化的特征分析判斷，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵．