Question

11．碳氧化物的转化有重大用途，回答关于CO和CO₂的问题．
（1）己知：①C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂
③H₂O （g）=H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）△H₃
则C （s）+O₂（g）=CO₂ （g）的△H=（△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-△H₃ ）KJ/mol（用△H₁、△H₂、△H₃表示）．
（2）对于化学平衡①，在不同温度下，CO的浓度与反应时间的关系如图所示，由图可得出如下规律：
随着温度升高，
①在同一时间CO的生成浓度大
②反应的速率加快，达到平衡的时间缩短，温度升高平衡正向进行，正反应为吸热反应
（3）某温度下，将6.0mol H₂O（g）和足量碳充入3L的恒容密闭容器中，发生如下反应：C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g），达到平衡时测得lgK=-1.0（K为平衡常数），求平衡时H₂O（g）的转化率？（写出计算过程）

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到热化学方程式，①+$\frac{1}{2}$②-③；
（2）分析图象中曲线的变化和随温度变化的一氧化碳浓度结合平衡移动原理归纳存在的规律；
（3）依据化学平衡三段式列式计算，假设H₂O（g）转化了x mol/L，lgK=-1.0，K=0.1，依题意有：
                   C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）
起始浓度（mol/L）         2.0           0      0
转化浓度（mol/L）         x             x      x
平衡浓度（mol/L）         2.0-x         x      x 
结合平衡常数计算转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；

解答 解：（1）①C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）=2CO（g）△H₂
③H₂O （g）=H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）△H₃
依据盖斯定律[①×2-③×2+②]×$\frac{1}{2}$得到，C （s）+O₂（g）=CO₂ （g）的△H=$\frac{1}{2}$（△H₁-△H₃+△H₂）KJ/mol=（△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-△H₃）KJ/mol；
故答案为：（△H₁-△H₃+△H₂）KJ/mol；
（2）对于化学平衡①，在不同温度下，CO的浓度与反应时间的关系如图所示，由图可得出如下规律：
随着温度升高一氧化碳浓度越大，反应速率越大，达到平衡的时间短，温度升高平衡正向进行，正反应为吸热反应；
故答案为：同一时间一氧化碳生成浓度越大，反应速率越大，达到平衡的时间短；温度升高平衡正向进行，正反应为吸热反应；
（3）某温度下，将6.0mol H₂O（g）和足量碳充入3L的恒容密闭容器中，发生如下反应，设消耗水蒸气浓度为x：
                C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）         2        0       0
变化量（mol/L）         x        x       x
平衡量（mol/L）         2-x       x      x
达到平衡时测得lgK=-1.0（K为平衡常数），K=0.1
由K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{x}^{2}}{2.0-x}$=0.1，
解得x=0.4；
所以H₂O（g）转化率为$\frac{0.4mol/L}{2mol/L}$ x100%=20%；
答：H₂O（g）转化率为20%．

点评 本题考查了化学平衡的计算方法和分析应用，热化学方程式书写，主要是平衡常数、转化率的计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．