Question

20．工业上制备H₂的一种重要方法是：CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）△H=Q kJ/mol．已知该反应的平衡常数K与温度T的关系如图所示．若在一固定的密闭容器中，850℃时发生上述反应，测得容器内各物质的浓度 （mol/L）随时间的变化关系如下表：

时间/min	CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	c1	c2	c3	c4
4	c1	c2	c3	c4

已知：850℃时该反应的化学平衡常数K=1.0，请回答下列问题：
（1）Q＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）可以判断该反应达到化学平衡状态的叙述是CD（填字母）．
A．单位时间内减少 CO（g）的浓度等于生成 CO₂ （g）的浓度
B．反应容器内的压强不发生变化
C．混合气体中 H₂（g）的浓度不再发生改变    D．氢气的生成速率等于水的生成速率
（3）若在850℃时向反应容器中充人H₂O（g），K 值不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）上表中 c₂为0.08mol/L，CO（g）的转化率为60%．

Answer 1

分析 （1）由图可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
（2）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（3）平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变；
（4）3min时处于平衡状态，设平衡时CO浓度变化量为xmol/L，表示出平衡时各物质的浓度，再根据K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=1列方程计算解答．

解答 解：（1）由图可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故△H＜0，则Q＜0，故答案为：＜；
（2）A．单位时间内减少 CO（g）的浓度等于生成 CO₂ （g）的浓度，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故A错误；
B．反应前后气体物质的量不变，恒温恒容下容器内压强始终不变，故B错误；
C．混合气体中 H₂（g）的浓度不再发生改变，说明反应到达平衡，故C正确；
D．氢气的生成速率等于水的生成速率，说明氢气的生成速率与消耗速率相等，反应到达平衡，故D正确，
故选：CD；
（3）平衡常数只受温度影响，物质浓度不影响平衡常数，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：不变；
（4）3min时处于平衡状态，设平衡时CO浓度变化量为xmol/L，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）：0.2     0.3       0       0
变化浓度（mol/L）：x        x        x       x
平衡浓度（mol/L）：0.2-x   0.3-x     x       x
则平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{x×x}{（0.2-x）×（0.3-x）}$=1，解得x=0.12，
则表中 c₂=（0.2-0.12）mol/L=0.08mol/L，CO（g）的转化率为$\frac{0.12mol/L}{0.2mol/L}$×100%=60%，
故答案为：0.08；60%．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态殴打、平衡常数等，注意平衡常数只受温度影响，平衡常数及其单位与方程式中化学计量数有关．