Question

（10分）美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如右图：

（1）此流程的第II步反应为：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，该反应的化学平衡常数表达式为K=                ；反应的平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	830	1000
平衡常数K	10	9	1

从上表可以推断：此反应是        （填“吸”或“放”）热反应。在830℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H₂O均为1mo1，则达到平衡后CO的转化率为         。

（2）在830℃，以下表的物质的量（单位为mol）投入恒容反应器发生上述第II步反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有         （填实验编号）；

实验编号	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）在一个不传热的固定容积的容器中，判断此流程的第II步反应达到平衡的标志是            。

①体系的压强不再发生变化                                   ②混合气体的密度不变

③混合气体的平均相对分子质量不变                ④各组分的物质的量浓度不再改变

⑤体系的温度不再发生变化                                   ⑥v(CO₂)_正＝v(H₂O)_逆

（4）右图表示此流程的第II步反应，在t₁时刻达到平衡、在t₂时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况：图中t₂时刻发生改变的条件是（写出两种）                           。

 

Answer 1

【答案】

（1）（1分）   放（1分）   50%（2分）  

（2）B（2分）  

（3）④⑤⑥（2分）  

（4）降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量（2分）

【解析】（1）分析表格数据，得：升温K值减小，即平衡逆向移动，说明逆向是吸热反应，则正向为放热反应；

830℃  CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)

n₀     1mo1   1mo1      0      0

n       x      x        x      x

n(平衡)1-x    1-x       x      x

则K=x²/(1-x)²=1，求解，得：x=0.5 mo1

所以，达到平衡后CO的转化率=x/1mo1=50%；

（2）利用Q与K的关系求解；利用Q=[C(H₂)C(CO₂)]/[C(CO)C(H₂O)]，依次求得Q(A)=1.2、Q(B)=0.25、Q(C)=1；要正向进行，则Q＜K，故选B；

（3）因反应前后气态物质系数相等，则无论是否达平衡态，压强都不变，故①不是反应达到平衡的标志；②混合气体的密度=m(气体)/V，因为各物质均为气体，由“质量守恒”得：无论是否达平衡态，m(气体)为一定值，“固定容积的容器”则V为一定值，故②不是反应达到平衡的标志；③混合气体的平均相对分子质量= m(气体)/n(气体)，因为各物质均为气体，由“质量守恒”得：无论是否达平衡态，m(气体)为一定值，由化学方程式系数得：无论是否达平衡态，n(气体)为一定值，故③不是反应达到平衡的标志；④是；⑤该反应为放热反应，则体系的温度不变，说明达到了平衡态；⑥是；

（4）分析图像可以看出：在t₂时刻，因条件的改变使C（CO₂）增大、C（CO）减小，说明平衡正向移动；但不能是增大C（CO）使平衡正向移动（因增大C（CO），能使平衡正向移动，C（CO₂）增大，但C（CO）也增大）