Question

3．在某一容积为5L的体积不变的密闭容器内，加入 0.3mol的CO和0.3mol的H₂O，在催化剂存在和800℃的条件下加热，发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，反应中CO₂的浓度随时间变化情况如图：
（1）根据图上数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为v（CO）=0.003mol/（L•min），该温度（800℃）下的平衡常数K=1．
（2）在体积不变的条件下，改变下列条件重新达到平衡时能使平衡常数K增大的有A（填字母）
A．升高温度  B．降低温度 C．增大压强
D．减小压强   E．加入催化剂  G．移出一氧化碳气体
（3）如要一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.2mol的CO₂和0.2mol的H₂，在相同的条件下，反应达平衡时，c（CO）=0.03mol/L．
（4）若保持温度和容器的体积不变，在（1）中上述平衡体系中，再充入0.3mol 的水蒸气，重新达到平衡后，H₂O的转化率降低（填“升高”、“降低”还是“不变”）．
（5）在催化剂存在和800℃的条件下，在某一时刻测得c（CO）=c（H₂O）=0.09mol/L，c（CO₂ ）=c（H₂）=0.13mol/L，则此反应是否处于平衡状态：否（填“是”或“否”），若没有处于平衡状态则该反应向逆反应方向移动．（填“正反应”或“逆反应”）

Answer 1

分析 （1）根据CO₂的浓度变化求出CO的浓度变化，再求反应速率；根据平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值进行解答；
（2）平衡常数只随温度的变化而变化，根据温度对平衡的影响分析；
（3）如果一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.2mol的CO₂和0.2mol的H₂，与开始时加入0.3mol CO和0.3mol H₂O为等效平衡，则两种条件下，达到平衡状态时其CO的物质的量浓度相等；
（4）可逆反应中增大一种反应物的浓度，则另一种反应物的转化率会增大，而本身转化率减小；
（5）根据Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）．c（{H}_{2}）}{c（CO）．c（{H}_{2}O）}$与平衡常数K的大小关系判断．

解答 解：（1）在某一容积为5L的密闭容器内，加入0.3mol的CO和0.3mol的H₂O，则起始浓度c（CO）=0.06mol/L，c（H₂O）=0.06mol/L，平衡时c（CO₂）=0.03mol/L，则      
                  CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度/mol•L^-1 ：0.06     0.06     0         0
转化浓度/mol•L^-1 ：0.03     0.03     0.03     0.03
平衡浓度/mol•L^-1 ：0.03     0.03     0.03     0.03
反应开始至达到平衡时，转化的CO为c（CO）=0.03mol/L，则v（CO）=$\frac{0.03mol/L}{10min}$=0.003mol/（L•min）^-1；
K=$\frac{c（C{O}_{2}）．c（{H}_{2}）}{c（CO）．c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.03×0.03}$=1；
故答案为：0.003；1；
（2）平衡常数只随温度的变化而变化，已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，则升高温度平衡正向移动，K增大；
故答案为：A；
（3）如果一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.2mol的CO₂和0.2mol的H₂，与开始时加入0.3mol CO和0.3mol H₂O为等效平衡，则两种条件下，达到平衡状态时其CO的物质的量浓度相等，所以达到平衡状态时，c（CO）=0.03mol/L，
故答案为：0.03；
（4）可逆反应中增大一种反应物的浓度，则另一种反应物的转化率会增大，而本身转化率减小，所以若保持温度和容器的体积不变，在（1）中上述平衡体系中，再充入0.3mol 的水蒸气，重新达到平衡后，H₂O的转化率降低；故答案为：降低；
（5）在催化剂存在和800℃的条件下，在某一时刻测得C（CO）=C（H₂O）=0.09mol/L，C（CO₂ ）=C（H₂）=0.13mol/L，
Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）．c（{H}_{2}）}{c（CO）．c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.13×0.13}{0.09×0.09}$=2.1＞K=1，则反应逆向进行，
故答案为：否；逆反应．

点评 本题考查化学平衡影响因素、反应方向判断、化学平衡常数计算、等效平衡等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，会根据浓度商与化学平衡常数相对大小判断平衡移动方向，题目难度不大．