Question

（14分）美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制取氫氣，其生產流程如下圖：

（1）此流程的第II步反應為：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，該反應的平衡常數隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數K	10	9	1

從上表可以推斷：此反應是       （填“吸”或“放”）熱反應。在830℃下，若開始時向恒容密閉容器中充入1mo1CO和2mo1H₂O，則達到平衡后CO的轉化率為          。

（2）在500℃，以下表的物質的量（按照CO、H₂O、H₂、CO₂的順序）投入恒容密閉容器中進行上述第II步反應，達到平衡后下列關系正確的是

實驗編號	反應物投入量	平衡時H2濃度	吸收或放出的熱量	反應物轉化率
A	1、1、0、0	c1	Q1	α1[來源:]
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）在一個絕熱等容容器中，不能判斷此流程的第II步反應達到平衡的是         。

①體系的壓強不再發生變化                            ②混合氣體的密度不變

③混合氣體的平均相對分子質量不變              ④各組分的物質的量濃度不再改變

⑤體系的溫度不再發生變化                            ⑥v(CO₂)_正＝v(H₂O)_逆

（4）下圖表示此流程的第II步反應，在t₁時刻達到平衡、在t₂時刻因改變某個條件濃度發生變化的情況：圖中t₂時刻發生改變的條件是                 、                   

（寫出兩種）。若t₄時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍，在圖中t₄和t₅區間內畫出CO、CO₂濃度變化曲線，并標明物質（假設各物質狀態均保持不變）。

 

Answer 1

（1）放 ；66.7%（2）AD （3）②③ （4）降低溫度，或增加水蒸汽的量，或減少氫氣的量；（每格2分）

解析:（1）溫度越高，平衡常數越小，所以正反應是放熱反應。

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

起始量（mol）              1      2       0     0

轉化量（mol）              x      x       x     x

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

根據平衡常數知

解得x＝2/3，所以平衡后CO的轉化率為是66.7％。

（2）因為反應前后體積，即改變壓強平衡不會發生移動，根據所給的反應物投入量來看ABC就是等效的，雖然氫氣的含量，但氫氣的濃度不同，其中BC相等且都是A的2倍。根據500℃平衡常數可計算出A中反應物的轉化率均是75％【計算方法同（1）】，即平衡時A中CO、H₂O、H₂、CO₂分別是0.25mol、0.25mlol、0.75mol、0.75mol，則平衡時B、C中CO、H₂O、H₂、CO₂分別都為0.5mol、0.5mol、1.5mol、1.5mol。即B、C中轉化率分別是25％和75％。A中放熱Q₁，所以反應熱是－2Q₁kJ·mol^－1。則C中放熱2Q₁，B中吸熱Q₁。答案AD正確。

（3）因為體系絕熱，而反應是放熱反應，所以壓強會發生變化，①⑤可以。反應前后氣體質量和容器的體積均不發生變化，所以密度不變，②不可以。反應前后氣體質量和物質的量均不發生變化，所以相對分子質量不變，③不可以。④⑥符合化學平衡的概念正確。答案是②③。

（4）由圖像可知t₂時刻CO濃度減小，CO₂濃度增大，因此改變的條件是降低溫度，或增加水蒸汽的量。t₄時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍，平衡不移動，但物質的濃度均增大，都變為原來大2倍，如圖所示：