Question

煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題．已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

試回答下列問題
（1）上述正向反應是    反應 （填“放熱”或“吸熱”）
（2）要使上述反應的逆反應速率增大且平衡正反應方向移動，下列措施不可行的有   
A、加入催化劑    B、增大CO的物質的量以提高體系的壓強
C、降低溫度       D、減小H₂的濃度
（3）向某密閉容器中充入2molCO和4molH₂O（g），發(fā)生反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），當反應達平衡時，CO的體積分數(shù)為X，若維持容器的體積和溫度不變，起始物質按下列四種配比充入該容器中，達到平衡時CO的體積分數(shù)不等于X的有   
A、1molCO（g）+4molH₂O+2molCO₂（g）+2molH₂（g）      B、2molCO（g）+2molH₂O+2molCO₂（g）+2molH₂（g）
C、1molCO（g）+3molH₂O+0.8molCO₂（g）+0.8molH₂（g）   D、1molCO（g）+3molH₂O+1molCO₂（g）+1molH₂（g）
（4）若反應在800℃時進行，設起始CO和H₂O（g）共為5mol，水蒸氣的體積分數(shù)為X；平衡時CO的轉化率為y，則y隨x變化的函數(shù)關系式為y=   
（5）在VL密閉容器中通入10mol CO和10mol水蒸氣，在T℃達到平衡，然后急速通過堿石灰，將所得混合氣體燃燒，測得放出的熱量為2845KJ（已知CO燃燒熱為283KJ/mol，H2燃燒熱為286KJ/mol），則T℃平衡常數(shù)K=    ，T=     K
（0℃時T=273K）

Answer 1

【答案】分析：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應進行程度越小，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動；
（2）逆反應速率增大且平衡正反應方向移動；
A、加入催化劑只改變反應速率不改變化學平衡；
B、增大CO的物質的量以提高體系的壓強，反應是氣體物質的量不變的反應，增大一氧化碳物質的量平衡正向進行，容器內氣體物質的量增大，壓強增大；
C、反應是放熱反應，降溫，正逆反應速率減小平衡正向進行；
D、減小氫氣濃度，平衡正向進行，但正逆反應速率速率減小；
（3）此題考查判斷全等平衡的方法，一般是將物質全部靠到一邊進行極限轉化，再與原反應進行比較來判斷，若各物質與原來相等，則等效，否則不等效；
（4）反應在800℃時進行，平衡常數(shù)K=1，起始時水的物質的量為5xmol，轉化的CO的物質的量為 5（1-x）ymol，利用三段式法求出平衡時各組分的物質的量，代入800℃平衡常數(shù)，據(jù)此解答；
（5）CO、H₂的物質的量共為10mol，根據(jù)燃燒放出的熱量求出CO、H₂各自的物質的量，利用三段式法求出平衡時各組分的物質的量，代入平衡常數(shù)計算；
解答：解：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應進行程度越小，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動，故正反應為放熱反應，故答案為：放熱；
（2）A、加入催化劑只改變反應速率不改變化學平衡，故A錯誤；
B、增大CO的物質的量以提高體系的壓強，CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）反應是氣體物質的量不變的反應，增大一氧化碳物質的量平衡正向進行，容器內氣體物質的量增大，壓強增大，故B正確；
C、反應是放熱反應，降溫，速率減小平衡正向進行，故C錯誤；
D、減小氫氣濃度，平衡正向進行，但速率減小，故D錯誤；
故選ACD．
（3）向某密閉容器中充入2molCO和4molH₂O（g），CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），當反應達平衡時，CO的體積分數(shù)為X；
A、采用極限分析法，1molCO（g）+4molH₂O+2molCO₂（g）+2molH₂（g），假如反應完全轉化為CO和H₂O物質的量為：3mol：6mol=1：2，反應前后氣體體積不變，平衡相同，CO的體積分數(shù)為x，故A不符合；
B、采用極限分析法，2molCO（g）+2molH₂O+2molCO₂（g）+2molH₂（g），假如反應完全轉化為CO和H₂O物質的量為：3mol：3mol=1：1，反應前后氣體體積不變，平衡正向進行，CO的體積分數(shù)大于x，故B符合；
C、采用極限分析法，1molCO（g）+3molH₂O+0.8molCO₂（g）+0.8molH₂（g），假如反應完全轉化為CO和H₂O物質的量為：1.8mol：3.8mol=9：19，反應前后氣體體積不變，平衡正向進行，CO的體積分數(shù)小于x，故C符合；
D、采用極限分析法，1molCO（g）+3molH₂O+1molCO₂（g）+1molH₂（g），假如反應完全轉化為CO和H₂O物質的量為2mol：4mol=1：2，當反應達到平衡時，CO的體積分數(shù)為x．故D不符合；
故選BC．
（4）因800℃時反應平衡常數(shù)為1．
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：5（1-x）       5x          0           0
轉化：5（1-x）y      5（1-x）y   5（1-x）y   5（1-x）y
平衡：5（1-x）（1-y）5（x-y+xy） 5（1-x）y   5（1-x）y
所以平衡常數(shù)k===1，解得y=x，
故答案為：y=x；
（5）由方程式CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）可知，有1molCO反應則生成1molH₂，開始通入10molCO，所以平衡時，CO、H₂的物質的量共為10mol．則平均燃燒熱為=284.5kJ/mol，
利用平均值法計算CO、H₂的物質的量之比，設CO、H₂物質的量為x、y；
x+y=10
283x+286y=2845
計算得到x=y=5mol；
利用三段式法求出平衡時各組分的物質的量，
       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：10mol   10mol       0        0
轉化：5mol    5 mol     5mol      5mol
平衡：5mol    5mol      5mol      5mol
所以常數(shù)平衡常數(shù)為K===1；
圖表分析可知溫度為800°C，T=273+800=1073K
故答案為：1；1073；
點評：本題考查了化學平衡的影響因素分析，等效平衡的應用判斷，極值轉化是解題的關鍵，平衡常數(shù)只受溫度影響，同一反應溫度不變，平衡常數(shù)不變．題目難度中等．