Question

已知化学反应①：Fe（s）+CO₂（g）=FeO（s）+CO（g），其平衡常数为K₁；
化学反应②：Fe（s）+H₂O（g）=FeO（s）+H₂（g），其平衡常数为K₂．
在温度973K和1173K情况下，K1、K₂的值分别如下：

温度	K1	K2
973K	1.47	2.38
1173K	2.15	1.67

（1）现有反应③：CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g），平衡常数为K₃
①请根据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系式为

 

．据此关系式及上表数据，也能推断出反应③是

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
②图甲、乙分别表示反应③在t₁时刻达到平衡、在t₂时刻因改变某个条件而发生变化的情况
i图甲中t₂时刻发生改变的条件是

 

（答出所有可能情况）．
ii图乙中t₂时刻发生改变的条件是

 

（答出所有可能情况）．

（2）在容积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下发生反应．
CO₂（g）+3H₂（g）

500℃    .

101kPa

CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol
有关物质的浓度随时间变化如图所示．
①从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v（H₂）=

 

．
②若其它条件不变，只将温度提高到800℃，再次达平衡时，n（CH₃OH）/n（CO₂）比值

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）上述反应中的氢气还可用于工业上合成氨气．请回答下列问题：
在25℃下，将a mol?L^-1的氨水与0.01mol?L^-1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），用含a的代数式表示NH₃?H₂O的电离常数K_b=

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线,弱电解质在水溶液中的电离平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①依据反应①②③平衡常数表达式计算推出K₃的计算式；
②根据图甲中t₂时刻改变条件，正逆反应速率都增大但平衡不移动，然后化学平衡影响因素分析平衡移动方向；
根据图乙中t₂时刻改变条件，平衡向逆反应方向移动，然后化学平衡影响因素分析平衡移动方向；
（2）①图象分析计算甲醇的反应速率，结合速率之比等于化学方程式计量数之比得到氢气反应速率；
②反应是放热反应，升温平衡逆向进行；
（3）结合溶液的电荷守恒以及电离平衡常数概念解答．

解答： 解：（1）①根据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系式：
化学反应①：Fe（s）+CO₂（g）=FeO（s）+CO（g），其平衡常数为K₁=

c(CO)

c(CO2)

；
化学反应②：Fe（s）+H₂O（g）=FeO（s）+H₂（g），其平衡常数为K₂=

c(H2)

c(H2O)

；
化学反应③：CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g），平衡常数为K₃ =

c(CO)c(H2O)

c(CO2)c(H2)

K₃=

c(CO)c(H2O)

c(CO2)c(H2)

=

K1

K2

；          
温度为973K时K₃=

1.47

2.38

=0.62，温度为1173K时K3=

2.15

1.67

=1.29，
温度升高，平衡常数增大．说明正反应是吸热反应，
故答案为：

K1

K2

；吸热；
②图甲中t₂时刻改变条件，正逆反应速率都增大但平衡不移动，改变的条件为增大压强或加入催化剂，图乙中t₂时刻改变条件，平衡向逆反应方向移动，二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，可以采用降低温度或增大水蒸气的浓度或减小氢气的浓度，
故答案为：增大压强或加入催化剂；降低温度或增大水蒸气的浓度或减小氢气的浓度；
（2）①从反应开始到平衡甲醇浓度变化0.75mol/L?min，反应速率V（H₂）=3V（CH₃OH）=3×

0.75mol/L

10min

=0.225 mol/（L?min），
故答案为：0.225 mol/（L?min）；     
②若其它条件不变，只将温度提高到800℃，反应是放热反应，平衡逆向进行，再次达平衡时，n（CH₃OH）/n（CO₂）比值减小，故答案为：减小；
（3）根据电荷守恒有c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于c（NH₄⁺）=c（Cl^-），故c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，故溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

1

2

×0.01mol?L^-1=0.005mol?L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=

1

2

amol?L^-1-0.005mol?L^-1=（0.5a-0.005）mol/L，
NH₃?H₂O的电离常数K_b=

10-7×0.005

0.5a-0.005

=

10-9

a-0.01

，
故答案为：

10-9

a-0.01

．

点评：本题考查化学平衡影响因素的分析判断，平衡常数的计算应用，数据处理的能力，题目难度中等．