Question

煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常数随温度的变化如下表；

温度/℃	400	500	800
平衡常数Kc	9.94	9	1

试回答下列问题：
（1）上述正向反应是：

 

反应（选填：放热、吸热）．
（2）在800℃发生上述反应，以右表中的物质的量投入恒容反应器，其中向正反应方向移动的有

 

   （选填A、B、C、D、E）．
（3）若在500℃时进行，若CO、H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的最大转化率为：

 

．
（4）若在800℃进行，设起始时CO和H₂O（g）共为5mol，水蒸气的体积分数为x；平衡时CO转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式．

	A	B	C	D	E
n（CO2）	3	1	0	1	1
n（H2）	2	1	0	1	2
n（CO）	1	2	3	0.5	3
n（H2O）	5	2	3	2	1

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,化学平衡建立的过程,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）由表可知，温度越高，平衡常数越小，反应进行程度越小，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热方向移动；
（2）反应在同一容器内进行，体积相同，方程式中各物质的化学计量数都是1，所以在计算中均可用物质的量数值代替浓度数值，求出此时的浓度商Q_c，平衡向正反应方向移动，浓度商小于平衡常数；
（3）到达平衡时转化率最大，令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L，根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，再利用平衡常数列方程，求出c，再利用转化率定义计算；
（4）始时水的物质的量为5xmol，转化的CO的物质的量为 5（1-x）ymol，利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量，代入800℃平衡常数，据此解答；

解答： 解：（1）由表可知，温度越高，平衡常数越小，反应进行程度越小，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应；
故答案为：放热；
（2）反应在同一容器内进行，体积相同，方程式中各物质的化学计量数都是1，所以在计算中均可用物质的量数值代替浓度数值，800℃时反应平衡常数为1．
A、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

2×3

1×5

=

6

5

，大于1，反应向逆反应进行，故A错误；
B、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

1×1

2×2

=

1

4

，小于1，反应向正反应进行，故B正确；
C、开始只有CO、H₂，反应向正反应进行，故C正确；
D、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

1×1

0.5×2

=1，处于平衡状态，故D错误；
E、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

2×1

3×1

=

2

3

，小于1，反应向正反应进行，故E正确；
故答案为：BCE；
（3）设CO的浓度变化量为c，三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02    0.020     0        0
转化（mol/L）：c       c         c        c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c    c        c
代入500℃时反应平衡常数有k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以转化率为

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案为：75%；
（4）若在800℃进行，设起始时CO和H₂O（g）共为5mol，水蒸气的体积分数为x；平衡时CO转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），因800℃时反应平衡常数为1；
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：5（1-x）       5x           0        0
转化：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
所以平衡常数k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

5(1-x)y×5(1-x)y

5(1-x)(1-y)×5(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案为：y=x；

点评：本题主要考查平衡常数及其计算，难度较大，注意（1）平衡常数书写，（2）平衡常数只受温度影响，同一反应温度不变，平衡常数不变，掌握基础是关键．