Question

低碳经济呼唤新能源和清洁环保能源．煤化工中常需研究不同温度下的平衡常数、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表．

温度/℃	400	500	850
平衡常数	9.94	9	1

请回答下列问题：
（1）上述正反应方向是

 

反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H₂O（g）发生上述反应，CO和H₂O（g）浓度变化如图，则0～4min的平均反应速率v（CO）=

 

 mol/（L?min） 
（3）t₁℃（高于850℃）时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如表．
t₁℃时物质浓度（mol/L）的变化

时 间（min）	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	C1	C2	C3	C3
4	C1	C2	C3	C3
5	0.116	0.216	0.084
6	0.096	0.266	0.104

①表中3min～4min之间反应处于

 

状态；C₁数值

 

0.08mol/L （填大于、小于或等于）．
②反应在4min～5min，平衡向逆方向移动，可能的原因是

 

（单选），表中5min～6min之间数值发生变化，可能的原因是

 

（单选）．
A．增加水蒸气         B．降低温度       C．使用催化剂         D．增加氢气浓度
（4）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：

 

．
（5）若在850℃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变化的函数关系式为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡的影响因素,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）根据v=

△c

△t

计算反应速率；
（3）根据浓度、压强、温度对平衡移动的影响分析．
（4）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；
（5）起始时水的物质的量为5Xmol，CO的物质的量为 5（1-X）mol，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）v（CO）=（0.2-0.08）÷4=0.03mol/（L?min），故答案为：0.03mol/（L?min）；
（3）①在高于850℃时发生反应，化学反应速率加快，一定在4min前达到化学平衡．另外从表中可看出反应在3min和4min时的各物质浓度相同，故3min-4min之间反应应处于平衡状态．由于是放热反应，温度升高，化学平衡向逆反应方向移动，C₁数值应大于0.08 mol/L，故答案为：平衡，大于；
②反应在4min-5min间，平衡向逆方向移动可能是升高温度、增大生成物浓度、减少反应物浓度等因素引起，故选D．表中5min-6min之间CO浓度减少，H₂O浓度增大，CO₂浓度增大，只有增加水蒸气，使化学平衡向正反应方向移动，故选A，故答案为：D，A；
（4）设CO的浓度变化量为c，则
       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：0.02     0.020       0       0
转化：c         c          c       c
平衡：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

0.015

0.2

×100%=75%，故答案为：75%；
（5）因800℃时反应平衡常数为1．起始时水的物质的量为5Xmol，CO的物质的量为 5（1-X）mol，则
                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×(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：本题主要考查反应速率的计算、平衡移动的影响因素、平衡常数的计算，难度较大，要注意平衡常数只受温度的影响．