Question

美國(guó)Bay等工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來(lái)制取氫氣，其生產(chǎn)流程如圖：

（1）此流程的第II步反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表一，

溫度/℃	400	500	830	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

①?gòu)纳媳砜梢酝茢啵捍朔磻?yīng)是

 

 （填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
②在830℃下，若開始時(shí)向恒容密閉容器中充入CO與H_zO均為1mo1，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（2）此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在830℃，以表二的物質(zhì)的量（單位為mol）投入恒容反應(yīng)器發(fā)生上述反應(yīng)，其中反應(yīng)開始時(shí)，向正反應(yīng)方向進(jìn)行的有

 

（填實(shí)驗(yàn)編號(hào)）；

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	N（CO）	N（H2O）	n（H2）	N（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）在一個(gè)絕熱的固定容積的容器中，判斷此流程的第II步反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是

 

①體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化              
②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變　    
④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化              
⑥v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆
（4）如圖表示此流程的第II步反應(yīng)在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡、t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的情況．圖中時(shí)刻t₂發(fā)生改變的條件可能是

 

．（寫出兩種）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；依據(jù)化學(xué)平衡三段式結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算一氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
（2）依據(jù)濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較金屬分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）不傳熱的固定容積的容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析判斷選項(xiàng)；
（4）在t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析．

解答： 解：（1）圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；在830℃，平衡常數(shù)=1，若開始時(shí)向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mol，設(shè)反應(yīng)達(dá)到平衡一氧化碳反應(yīng)物質(zhì)的量為x；
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 1         1        0      0
變化量（mol）  x       x          x     x
平衡量（mol）1-x      1-x       x      x

x2

(1-x)2

=1
解得x=0.5mol
則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率=

0.5mol

1mol

×100%=50%；
故答案為：放；50%；
（2）由濃度商和平衡常數(shù)比較可知，設(shè)體積為1L，則Q_A=

2×3

1×5

=1.2＞1，反應(yīng)逆向進(jìn)行；Q_B=

1×1

2×2

=0.25＜1，反應(yīng)正向進(jìn)行； Q_C=

1×1

0.5×2

=1=K，為平衡狀態(tài)，
故答案為：B；
（3）在一個(gè)不傳熱的固定容積的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同；各組分含量保持不變；
①反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)過(guò)程中壓強(qiáng)不變，體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化不能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡，故①不符合；
②反應(yīng)中混合氣體質(zhì)量守恒，體積不變，密度不變，混合氣體的密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故②不符合；
③反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后氣體體積不變，物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故③不符合；
④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變是平衡的標(biāo)志，故④符合；
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化絕熱容器溫度不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故⑤符合；
⑥反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆，說(shuō)明水蒸氣的正逆反應(yīng)速率相同，故⑥符合；
故答案為：④⑤⑥；
（4）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，在t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，說(shuō)明平衡正向進(jìn)行，降低溫度，或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量均可以實(shí)現(xiàn)，
故答案為：降低溫度、增大水蒸氣的濃度、分離出氫氣的量．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的分析判斷，平衡常數(shù)的應(yīng)用，平衡移動(dòng)原理的理解和影響因素的分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．