Question

工業上利用CO和水蒸氣在一定條件下發生反應制取氫氣：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)某研究小組分別在體積均為2L的恒容密閉容器中加入一定量的反應物，使其發生反應，相關數據如下：

容器編號	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡的時間/min	達到平衡時體系能量的變化/kJ
		CO	H2O	CO2	H2
①	650	1	2	0．4	0．4	5	16．4
②	650	2	4			t1	Q1
③	900	2	4	1．6	1．6	t2	Q2

(1)計算容器②中反應的平衡常數K=_____________(計算結果保留兩位小數)。
(2)容器③中反應達平衡時，CO的轉化率為____________。
(3)容器①中反應達平衡這段時間，化學反應速率=__________。
(4)該反應的正反應為_______（填“吸熱”或“放熱”）反應，理由是____________。
(5)下列敘述正確的是____________（填字母序號）。
a．平衡時，容器①和容器②中CO₂的體積分數相等
b．反應達平衡狀態時，Q₂＞Q₁＞32．8kJ
c．達到平衡的時間：t₂＞t₁＞2．5min
d．該反應的熱化學方程式可表示為：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g) △H= -41kJ/mol

Answer 1

（1）0．17（2）80℅（3）0．04mol/L（4）吸熱 升高溫度，反應物的轉化率增大。(5)a

解析試題分析：（1）化學平衡常數只跟反應溫度有關，而與投料方式無關，對于①②化學平衡常數一樣。K={C(CO₂)·C(H₂)}∕{C(CO)·C(H₂O)}=(0．2×0．2) ∕{(0． 5-0．2) ×(1-0．2)}=1∕6=0．17．（2）對于容器③達到化學平衡時二氧化碳、氫氣的平衡濃度為0．8mol∕L，則消耗的CO、 H₂O的濃度也是0．8mol∕L。所以C(CO)(平衡)=（1-0．8）mol∕L=0．2 mol∕L；C(H₂O)(平衡)=（2-0．8）mol∕L=1．2 mol∕L。 CO的轉化率為：（0．8∕1）×100℅=80℅。(3)容器①中反應達平衡這段時間，化學反應速率V(H₂)=ΔC(H₂) ∕Δt={(0．4-0) mol∕2L}∕5min=0．04 mol∕(L·min) (4) 容器②假設CO轉化濃度為X，K={C(CO₂)·C(H₂)}∕{C(CO)·C(H₂O)}=X² ∕{(1-X) ×(2-X)} =1∕6．解得X=0．4 mol∕L．所以CO轉化率為：（0．4∕1）×100℅=40℅。容器②③只是溫度不同，起始投料相同，但CO的轉化率前者是40℅，后者是80℅。可見反應物的轉化率增大。根據勒夏特列原理可知升高溫度化學平衡向吸熱方向移動。故正反應是吸熱反應。(5) a．容器①和容器②中投料比例相同，反應又是在相同溫度下進行，所以反應物的轉化率相同，產物的含量即體積分數相同，正確。b．該反應是氣體體積相等的可逆反應。改變壓強平衡不移動。由于容器②的物質的量是①的2倍，所以能量轉化也是①的2倍。即Q₁=32．8kJ。容器③與②比較：③溫度高升。升高溫度化學平衡向正反應方向移動。轉化時能量變化比②多。達平衡狀態時，Q₂＞Q₁所以反應達平衡狀態時，Q₂＞Q₁=32．8kJ。錯誤。c．在其它條件不變的情況下，增大反應物的濃度，化學反應速率越快；升高溫度，化學反應速率越快，達到平衡所需時間就越短。所以達到平衡的時間：t₂<t₁<2．5min。錯誤。d．該反應的正反應是吸熱反應。所以其熱化學方程式應表示為：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g) △H= +41kJ/mol。錯誤。
考點：考查可逆反應的化學平衡常數、反應物的轉化率、反應速率等問題的知識。