Question

10．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题．已知CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6

试回答下列问题：
（1）上述反应的正反应是放热反应（填“放热”或“吸热”），该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，．
（2）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是bc（填序号）
a．容器中压强不变                 b．混合气体中 c（CO）不变
c．υ_正（H₂）=υ_逆（H₂O）          d．c（CO₂）=c（CO）
（3）在实际生产中，该反应的适宜条件为C．
A．加压，400～500℃催化剂　B．加压，830～1000℃催化剂
C．常压，400～500℃催化剂D．常压，830～1000℃催化剂
（4）在830℃时，2L的密闭容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g），10min后达到平衡时，CO₂的平衡浓度为1.2mol/L，用H₂浓度变化来表示的平均反应速率为0.12mol/（L•min），CO的转化率是60%．
（5）为使该反应的反应速率增大且平衡向正反应方向移动的是a（填字母序号）
a．增大CO浓度                              b．升高温度
c．将生成物分离出去                         d．使用高效催化剂．

Answer 1

分析 （1）依据平衡常数随温度的变化结合平衡移动原理分析判断反应的热量变化，根据表中数据可知，温度升高平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动；根据反应方程式及化学平衡常数表达式完成；
（2）根据达到化学平衡状态，各组分浓度不变，正逆反应相等进行分析；
（3）根据实际生产中，即要考虑反应速率又要考虑转化率，还要兼顾设备并结合反应特征分析；
（4）依据平衡三段式列式计算反应的一氧化碳，根据转化率概念计算得到；
（5）为使该反应的反应速率增大，可采用增大压强、升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度等方法，再结合平衡移动原理分析解答．

解答 解：（1）根据表中数据可知，温度升高平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应放热，根据反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）及化学平衡常数表达式，K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，
故答案为：放热；K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；
（2）a．反应前后气体体积不变，压强始终不会变化，所以压强不变，无法判断是否达到平衡状态，故a错误；
b．浓度不变，反应达到了化学平衡状态，故b正确；
c．正逆反应速率相等，各组分浓度不变，达到了化学平衡状态，故c正确；
d．浓度相等，不能判断各组分浓度是否不变，无法判断是否达到平衡状态，故d错误；
故答案为：bc；
（3）实际生产中，即要考虑反应速率又要考虑转化率，还要兼顾设备，所以由于反应前后气体体积不变，又是放热反应，故温度不宜太高，所以常压，400～500℃催化剂最好，
故答案为：C；
（4）830℃时，在2L的密闭容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g）达到平衡时，设一氧化碳转化物质的量为x，
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）    4       6         0       0
变化量（mol）   x        x        x        x
平衡量（mol）  4-x      6-x       x        x
平衡常数K=$\frac{{x}^{2}}{（4-x）•（6-x）}$=1，解得：x=2.4mol，
所以CO₂的平衡浓度为：$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L
用H₂浓度变化来表示的平均反应速率=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{10min}$=0.12mol/（L•min）
CO的转化率=$\frac{2.4mol/L}{4mol}$×100%=60%，
故答案为：1.2mol/L；0.12mol/（L•min）；60%；
（5）a．增大CO的浓度反应速率增大，且该反应向正反应方向移动，故正确；    
b．升高温度，反应速率增大但平衡向逆反应方向移动，故错误；
c．分离生成物平衡向右移动，但反应速率减小，故错误；         
d．选择高效催化剂能增大反应速率，但平衡不移动，故错误；
故答案为：a．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，明确影响化学平衡的因素为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡的计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．