Question

【題目】實施以節約能源和減少廢氣排放為基本內容的節能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇。化工行業的發展必須符合國家節能減排的總體要求。試運用所學知識，回答下列問題：

(1)已知某溫度下某反應的化學平衡常數表達式為：K＝，它所對應的化學反應為：__________________。

(2)已知在一定溫度下，

①C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH1＝a kJ/mol　平衡常數K1；

②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH2＝b kJ/mol　平衡常數K2；

③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH3　平衡常數K3。

則K1、K2、K3之間的關系是________，ΔH3＝__________________(用含a、b的代數式表示)。

(3)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數以解決各種實際問題。已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，發生如下反應：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，該反應平衡常數隨溫度的變化如表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

該反應的正反應方向是______反應(填“吸熱”或“放熱”)，若在500 ℃時進行，設起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020 mol/L，在該條件下，CO的平衡轉化率為________。

（4）高爐煉鐵產生的廢氣中的可進行回收，使其在一定條件下和反應制備甲醇: 。請回答下列問題;

①若在溫度和容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，測得反應達到平衡時的有關數據如下表：

容器	反應物投入的量	反應物的轉化率	的濃度	能量變化(、、均大于0)
甲	1 和2			放出熱量
乙	1			放出熱量
丙	2 和4			放出熱量

則下列關系正確的是__________。

a. b. c. d.

e.該反應若生成1 ，則放出(熱量

②若在一體積可變的密閉容器中充入1 、2和1，達到平衡時測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，則該反應向__________(填“正”或“逆”)反應方向移動。

Answer 1

【答案】 CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) K3＝K1·K2 (a＋b)kJ/mol 放熱 75% ade 正

【解析】(1)平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，在平衡常數中，分子為生成物，分母為反應物，結合質量恒定律分析書寫；

(2)根據平衡常數的表達式推斷；應用蓋斯定律來求△H3；

(3)平衡常數隨溫度的變化來判斷正反應方向是吸熱還是放熱，可以根據三行式結合平衡常數來求轉化率；

(4)①a．甲、乙是完全等效平衡，平衡時各組分的濃度相等；b．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H2，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲；c．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H2，壓強增大，平衡向正反應方向移動，轉化率增大，但2α1不一定等于α3 ；d．CO的轉化率為α1，則平衡時CO的物質的量為(1-α1)mol，乙中平衡時甲醇的轉化率為α2，乙中平衡時CO的物質的量為α2mol，甲與乙是完全等效平衡，平衡時對應各組分的含量完全相同；e．令平衡時CO的物質的量為nmol，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反應熱△H=-QkJ/mol，則Q1=(1-n)Q、Q2=nQ，整理得Q=Q1+Q2。

②平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，據此判斷反應的方向。

(1)平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數K=中，分子為生成物，分母為反應物，所以該反應的方程式為CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)，故答案為：CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)；

(2)根據化學方程式可知：K1=，K2=，K3=，所以：K3=K1×K2；由①+②可得方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，所以△H3=(a+b)kJ/mol，故答案為：K3=K1×K2；(a+b)kJ/mol；

(3)由圖可知溫度越高K值越小，說明正反應為放熱反應，

對于反應 CO(g) + H2O(g)H2(g)+CO2(g)，

開始(mol/L)：0.02 0.02 0 0

變化(mol/L)： c c c c

平衡(mol/L)：0.02-c 0.02-c c c

所以=9，解得c=0.015，所以CO的轉化率為×100%=75%，故答案為：放熱；75%；

(4)①a．甲、乙是完全等效平衡，平衡時各組分的濃度相等，所以平衡時甲醇的濃度c1=c2，故a正確；b．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H2，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲，丙中參加反應的CO大于甲中的2倍，故2Q1＜Q3，故b錯誤；c．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H2，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲，但2α1不一定等于α3 ，故c錯誤；d．甲與乙是完全等效平衡，平衡時對應各組分的含量完全相同，CO的轉化率為α1，則平衡時CO的物質的量為(1-α1)mol，乙中平衡時甲醇的轉化率為α2，乙中平衡時CO的物質的量為α2mol，故(1-α1)=α2，整理得α1+α2=1，故d正確；e．令平衡時CO的物質的量為nmol，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反應熱△H=-QkJ/mol，則Q1=(1-n)Q、Q2=nQ，整理得Q=Q1+Q2，故1mol CH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量，故e正確；故答案為：ade；

②反應前后氣體總質量不變，同溫、同壓下，達到平衡時，平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，即氣體密度增大，故平衡向氣體體積縮小方向即向正反應方向移動，故答案為：正。