Question

在某一容積為5 L的密閉容器內，加入 0.3 mol的CO和0.3 mol的H₂O，在催化劑存在和800℃的條件下加熱，發生如下反應：CO（g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g）  ΔH＞0，反應中CO₂的濃度隨時間變化情況如圖：

（1）根據圖上數據，反應開始至達到平衡時，CO的化學反應速率為v（CO）＝          mol/（L·min）^-1，該溫度下的平衡常數K＝            。
（2）在體積不變的條件下，改變下列條件重新達到平衡時能使平衡常數K增大的有        （填字母）
A升高溫度；B降低溫度；C增大壓強；D減小壓強；E加入催化劑；G移出一氧化碳氣體
（3）如要一開始加入0.1 mol的CO、0.1 mol的H₂O、0.2 mol的CO₂和0.2 mol的H₂，在相同的條件下，反應達平衡時，c（CO）＝                 mol/L。
（4）若保持溫度和容器的體積不變，在（1）中上述平衡體系中，再充入0.3mol 的水蒸氣，重新達到平衡后，CO的轉化率        （填“升高”、“降低”還是“不變”），CO₂的質量分數        （填“升高”、“降低”還是“不變”）。
（5）在催化劑存在和800℃的條件下，在某一時刻測得c（CO）＝c（H₂O）＝0.09mol/L,c（CO₂）＝c（H₂）＝0.13mol/L,則此反應是否處于平衡狀態        （填“是”或“否”）,若沒有處于平衡狀態則該反應向        移動。（填“正方向”或“逆方向”）

Answer 1

（1）0.003    1 （2）A    （3）0.003   （4）升高  降低  （5）否   逆方向

解析試題分析：（1）根據圖像可知，反應進行到10min是達到平衡狀態。此時生成的CO₂的物質的量濃度是0.03mol/L，則根據方程式可知消耗CO的濃度是0.03mol/L，因此CO的化學反應速率為v（CO）＝0.03mol/L÷10min＝0.003mol/（L·min）^-1。根據方程式可知
CO（g）＋H₂O（g）  CO₂（g）＋H₂（g）
起始濃度（mol/L）  0.06    0.06        0       0
轉化濃度（mol/L）  0.03    0.03        0.03    0.03
平衡濃度（mol/L）  0.03    0.03        0.03    0.03
所以該溫度下反應的平衡常數K＝＝1
（2）平衡常數只與溫度有關系，與平衡移動變為直接關系，因此選項CDEG中平衡常數均是不變的。正方應是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，平衡常數增大。反之降低溫度平衡常數減小，因此答案選A。
（3）              CO（g）＋H₂O（g）  CO₂（g）＋H₂（g）
起始濃度（mol/L）  0.02    0.02        0.04  0.04
轉化濃度（mol/L）  x       x            x     x
平衡濃度（mol/L）0.02－x  0.02－x    0.04＋x  0.04＋x
則根據反應的平衡常數K＝＝1可知
＝1
解得x＝－0.01
所以平衡時CO的濃度是0.03mol/L
（4）若保持溫度和容器的體積不變，在（1）中上述平衡體系中，再充入0.3mol 的水蒸氣，水蒸氣的濃度增大，平衡向正反應方向移動。所以重新達到平衡后，CO的轉化率升高，根據方程式可知
CO（g）＋H₂O（g）  CO₂（g）＋H₂（g）
起始濃度（mol/L）  0.06    0.12        0       0
轉化濃度（mol/L）  x       x            x       x
平衡濃度（mol/L） 0.06-x  0.12-x        x       x
則根據反應的平衡常數K＝＝1可知
＝1
解得x＝0.04
所以CO₂的質量分數＝×100%＝45.83%
而未加入之前CO₂的質量分數＝×100%＝47.83%
所以CO₂的質量分數減小
（5）在某一時刻測得c（CO）＝c（H₂O）＝0.09mol/L,c（CO₂）＝c（H₂）＝0.13mol/L,則根據平衡常數表達式K＝可知，此時＞1，所以反應沒有達到平衡狀態，該反應向逆反應方向移動。
考點：考查反應速率、平衡常數的有關判斷、計算和應用