Question

18．700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H₂O，发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）反应过程中测定的部分数据见下表

反应时间/min	n（CO）/mol	n（H2O）/mol
0	1.20	0.60
t1	0.80
t2		0.20

依据题意回答下列问题：
（1）反应在t₁min内的平均速率为v（H₂）=$\frac{0.2}{{t}_{1}}$mol•L^-1•min^-1
（2）若保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO（g）和0.30molH₂O（g），到达平衡时，n（CO₂）=0.2mol．
（3）若保持其他条件不变，向平衡体系中再通入H₂O（g）、CO₂（g）各0.10mol，达到新平衡时CO₂（g）的体积分数为22.75%．
（4）若温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为放热反应（填“放热”或“吸热”）．

Answer 1

分析 （1）由表中数据，可知t₁min内△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△n（H₂）=△n（CO）=0.4mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
（2）t₂min时反应的水为0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知参加反应的CO为0.4mol，故t₂min时CO为1.2mol-0.4mol=0.8mol，与t₁min时CO的物质的量相等，则t₁min时到达平衡状态；
若保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO（g）和0.30molH₂O（g），与原平衡中CO、H₂O的起始物质的量之比均为2：1，反应前后气体体积不变，则与原平衡为等效平衡，平衡时同种反应物转化率相同；
（3）700℃时，向容积为2L的密闭容器中开始通入1.2molCO（g）和0.6molH₂O（g），平衡时水为0.2mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1.2    0.6      0       0
变化量（mol）：0.4    0.4      0.4     0.4
平衡量（mol）：0.8    0.2      0.4     0.4 
故700℃时平衡常数K=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4}{2}}{\frac{0.8}{2}×\frac{0.2}{2}}$=1，
若保持其他条件不变，向平衡体系中再通入H₂O（g）、CO₂（g）各0.10mol，等效为开始加入1.3molCO（g）和0.7molH₂O（g），设平衡时转化二氧化碳为xmol，表示出平衡时各物质的物质的量，再根据平衡常数计算解答；
（4）若温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，小于700℃时平衡常数K=1，说明升高温度平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应移动．

解答 解：（1）由表中数据，可知t₁min内△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△n（H₂）=△n（CO）=0.4mol，则v（H₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{{t}_{1}min}$=$\frac{0.2}{{t}_{1}}$mol/（L．min），
故答案为：$\frac{0.2}{{t}_{1}}$；
（2）t₂min时反应的水为0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知参加反应的CO为0.4mol，故t₂min时CO为1.2mol-0.4mol=0.8mol，与t₁min时CO的物质的量相等，则t₁min时到达平衡状态，平衡时二氧化碳为0.4mol；
若保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO（g）和0.30molH₂O（g），与原平衡中CO、H₂O的起始物质的量之比均为2：1，反应前后气体体积不变，则与原平衡为等效平衡，平衡时同种反应物转化率相同，则平衡时生成n（CO₂）=0.4mol×$\frac{0.6mol}{1.2mol}$=0.2mol，
故答案为：0.2；
（3）700℃时，向容积为2L的密闭容器中开始通入1.2molCO（g）和0.6molH₂O（g），平衡时水为0.2mol，则：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1.2    0.6       0      0
变化量（mol）：0.4    0.4       0.4    0.4
平衡量（mol）：0.8    0.2       0.4    0.4
故700℃时平衡常数K=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4}{2}}{\frac{0.8}{2}×\frac{0.2}{2}}$=1，
若保持其他条件不变，向平衡体系中再通入H₂O（g）、CO₂（g）各0.10mol，等效为开始加入1.3molCO（g）和0.7molH₂O（g），设平衡时转化二氧化碳为xmol，则：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1.3     0.7       0       0
变化量（mol）：x        x        x       x
平衡量（mol）：1.3-x   0.7-x     x       x
所以$\frac{x×x}{（1.3-x）×（0.7-x）}$=1，解得x=0.455，
故平衡时二氧化碳的体积分数=$\frac{0.455mol}{2mol}$×100%=22.75%，
故答案为：22.75%；
（4）若温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，小于700℃时平衡常数K=1，说明升高温度平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应移动，则正反应为放热反应，故答案为：放热．

点评 本题考查化学平衡计算，涉及反应速率计算、平衡常数应用与影响因素，侧重考查学生对数据的分析处理能力，难度中等．