Question

11．在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應(yīng)：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），其化學平衡常數(shù)K與溫度t的關(guān)系如下：

T/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

請回答下列問題：
（1）該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}$．
（2）該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），升高溫度，逆反應(yīng)速率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）
（3）溫度不變，減小CO濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”），該反應(yīng)平衡常數(shù)K 值不變（填“增大”、“減小”或“不變”）
（4）800℃時，固定容積的密閉容器中放入混合物，起始濃度為c（CO）=1mol•L^-1，c（H₂O）=3mol•L^-1，c（CO₂）=1mol•L^-1，c（H₂）=5mol•L^-1，則反應(yīng)開始時，H₂O的消耗速率比生成速率�。ㄌ睢按蟆薄ⅰ靶　被颉安荒艽_定”）
（5）t℃時，在2L的固定容積的密閉容器中放入4mol CO₂和6mol H₂，平衡后CO₂的轉(zhuǎn)化率為60%，則達到平衡時CO的體積分數(shù)為24%，反應(yīng)溫度t為830℃．
溫度不變，若起始時投入3.6mol CO、3.6mol H₂O和1.8mol H₂，則達到平衡時CO的體積分數(shù)為24%，H₂的平衡濃度為1.62mol/L．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高化學平衡常數(shù)越大，升高溫度平衡向正反應(yīng)移動，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大；
（3）減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)只受溫度影響；
（4）計算此時的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進行方向，據(jù)此解答；
（5）根據(jù)CO₂的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式可以計算出平衡常數(shù)，當起始時投入3.6mol CO、3.6mol H₂O和1.8mol H₂時，設(shè)轉(zhuǎn)化的CO的濃度為xmol/L，利用平衡常數(shù)可計算出x的值，并確定H₂的平衡濃度，據(jù)此解答．

解答 解：（1）可逆反應(yīng)CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學平衡常數(shù)表達式k=$\frac{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}$；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高化學平衡常數(shù)越大，升高溫度平衡向正反應(yīng)移動，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，正逆反應(yīng)速率都增大，
故答案為：吸熱；增大；
（3）減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)只受溫度影響，所以減小CO的濃度，平衡常數(shù)不變，
故答案為：正反應(yīng)；不變；
（4）此時的濃度商Qc=$\frac{1×3}{1×5}$=0.6，小于平衡常數(shù)0.9，故反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故H₂O的消耗速率比生成速率小，
故答案為：��；
（5）容器中放入4mol CO₂和6mol H₂，CO₂和H₂的濃度分別為2mol/L、3mol/L，則：
              CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：2       3        0      0
變化（mol/L）：1.2    1.2      1.2     1.2
平衡（mol/L）：0.8    1.8      1.2     1.2     
故CO的體積分數(shù)為$\frac{1.2}{5}$×100%=24%，K=$\frac{1.2×1.2}{0.8×1.8}$=1，所以此時的溫度為830℃，
若起始時投入3.6mol CO、3.6mol H₂O和1.8mol H₂時，其濃度分別為2、1.8mol/L、1.8mol/L、0.9mol/L，設(shè)轉(zhuǎn)化的CO的濃度為xmol/L，則：
              CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：0       0.9     1.8      1.8
變化（mol/L）：x       x       x        x
平衡（mol/L）：x    0.9+x    1.8-x      1.8-x      
K=$\frac{（1.8-x）（1.8-x）}{x（0.9+x）}$=1，所以x=0.72，所以CO的體積分數(shù)為$\frac{1.8-0.72}{0.9+1.8+1.8}$×100%=24%，H₂的平衡濃度為（0.9+0.72）mol/L=1.62mol/L，
故答案為：24%；830℃；24%；1.62mol/L．

點評 本題考查化學平衡常數(shù)、平衡常數(shù)的應(yīng)用等，難度中等，注意掌握化學平衡常數(shù)的用途：1、判斷反應(yīng)進行的程度，2、判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，3、判斷反應(yīng)進行的方向，4、計算轉(zhuǎn)化率等．