Question

（14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，其生产流程如下图：

（1）此流程的第II步反应为：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，该反应的平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	830
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1mo1CO和2mo1H₂O，则达到平衡后CO的转化率为          。

（2）在500℃，以下表的物质的量（按照CO、H₂O、H₂、CO₂的顺序）投入恒容密闭容器中进行上述第II步反应，达到平衡后下列关系正确的是

实验编号	反应物投入量	平衡时H2浓度	吸收或放出的热量	反应物转化率
A	1、1、0、0	c1	Q1	α1[来源:]
B	0、0、2、2	c2	Q2	α2
C	2、2、0、0	c3	Q3	α3

A．2c₁= c₂ =c₃    B．2Q₁=Q₂=Q₃     C．α₁ =α₂ =α₃       D．α₁ +α₂ =1

（3）在一个绝热等容容器中，不能判断此流程的第II步反应达到平衡的是         。

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）下图表示此流程的第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）。若t₄时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，在图中t₄和t₅区间内画出CO、CO₂浓度变化曲线，并标明物质（假设各物质状态均保持不变）。

 

Answer 1

（1）放 ；66.7%（2）AD （3）②③ （4）降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量；（每格2分）

解析:（1）温度越高，平衡常数越小，所以正反应是放热反应。

                      CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)

起始量（mol）              1      2       0     0

转化量（mol）              x      x       x     x

平衡量（mol）            1－x    2－x     x     x

根据平衡常数知

解得x＝2/3，所以平衡后CO的转化率为是66.7％。

（2）因为反应前后体积，即改变压强平衡不会发生移动，根据所给的反应物投入量来看ABC就是等效的，虽然氢气的含量，但氢气的浓度不同，其中BC相等且都是A的2倍。根据500℃平衡常数可计算出A中反应物的转化率均是75％【计算方法同（1）】，即平衡时A中CO、H₂O、H₂、CO₂分别是0.25mol、0.25mlol、0.75mol、0.75mol，则平衡时B、C中CO、H₂O、H₂、CO₂分别都为0.5mol、0.5mol、1.5mol、1.5mol。即B、C中转化率分别是25％和75％。A中放热Q₁，所以反应热是－2Q₁kJ·mol^－1。则C中放热2Q₁，B中吸热Q₁。答案AD正确。

（3）因为体系绝热，而反应是放热反应，所以压强会发生变化，①⑤可以。反应前后气体质量和容器的体积均不发生变化，所以密度不变，②不可以。反应前后气体质量和物质的量均不发生变化，所以相对分子质量不变，③不可以。④⑥符合化学平衡的概念正确。答案是②③。

（4）由图像可知t₂时刻CO浓度减小，CO₂浓度增大，因此改变的条件是降低温度，或增加水蒸汽的量。t₄时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，平衡不移动，但物质的浓度均增大，都变为原来大2倍，如图所示：