Question

15．将2mol H₂O与2mol CO置于1L容器中，在一定条件下，加热至高温，发生如下可逆反应：2H₂O（g）?2H₂+O₂，2CO+O₂?2CO₂．
（1）容器内气体密度不发生变化时，能不能说明反应已达到平衡状态？为什么不能，反应过程中，容器体积不变，气体质量不变，密度也就不发生变化，无论平衡还是不平衡，气体密度始终不变．
（2）当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是什么？（写出它们的分子式）H₂O（g）和H₂或CO和CO₂．
（3）若平衡时O₂和CO₂的物质的量分别为n_平（O₂）=a mol，n_平（CO₂）=b mol．试求n_平（H₂O）（用含a、b的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）反应前后都是气体，气体的总质量不变，且反应过程中，容器体积不变，则密度为定值；
（2）两个反应靠O₂联系起来，只要知道O₂和另外任意一种气体的平衡浓度，均可求出混合气体的平衡组成；
（3）根据方程式结合质量守恒计算．

解答 解：（1）反应2H₂O（g）?2H₂+O₂、2CO+O₂?2CO₂中，反应前后都是气体，气体的总质量不变，且反应过程中，容器体积不变，则密度也就不发生变化，无论平衡还是不平衡，气体密度始终不变，不能根据密度判断平衡状态，
故答案为：不能，反应过程中，容器体积不变，气体质量不变，密度也就不发生变化，无论平衡还是不平衡，气体密度始终不变；
（2）由两个方程式可知，两个反应靠O₂联系起来，只要知道O₂和另外任意一种气体的平衡浓度，均可求出混合气体的平衡组成，当知道H₂O和H₂或CO和CO₂的平衡浓度时，由于两个方程式无法通过O₂建立反应量的关系，所以无法求其混合气体的平衡组成，因而不能是这两组，
故答案为：H₂O（g）和H₂或CO和CO₂；
（3）因n（CO₂）_平=bmol，由方程式 2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）可知平衡时反应的O₂为$\frac{b}{2}$mol，
则反应2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）中生成O₂的物质的量为（a+$\frac{b}{2}$）mol，
消耗的水为2×（a+$\frac{b}{2}$）mol=（2a+b）mol，
所以n（H₂O）_平=2mol-（2a+b）mol=（2-2a-b）mol，
答：平衡时水的物质的量为（2-2a-b）mol．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，注意（2）题难度较大，为易错点，注意分析两个方程式的特点，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．