Question

2．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），其化学平衡常数K和温度t的关系如表：

t℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$．该反应为吸热反应（选填“吸热”、“放热”）．
（2）能判断该反应是否已达化学平衡状态的依据是bc．
a．容器中压强不变b．混合气体中c（CO）不变c．v正（H₂）=v逆（H₂O）d．c（CO₂）=c（CO）
（3）若 830℃时，向容器中充入1mol CO、5mol H₂O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K等于1.0（选填“大于”、“小于”、“等于”）
（4）某温度下，在2L的密闭容器中，加入1molCO₂和1molH₂充分反应达平衡时，CO平衡浓度为0.25mol/L，试判断此时的温度为830℃．
（5）若在（4）所处的温度下，在1L的密闭容器中，加入2molCO₂和3molH₂充分反应达平衡时，H₂的物质的量为1.8mol．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
由表中数据可知，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应移动，温度升高平衡向吸热反应移动；
（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再变化说明到达平衡；
（3）相同温度下，CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数与CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）平衡常数互为倒数；
（4）计算平衡时各物质的量的浓度，再根据k=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$计算平衡常数判断温度；
（5）令平衡时参加反应的CO₂的物质的量为ymol，则：
           CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
开始（mol）：2      3       0       0
变化（mol）：y      y       y       y
平衡（mol）：2-y    3-y     y       y
再根据平衡常数k=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=1列方程计算解答．

解答 解：（1）可逆反应CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化学平衡常数表达式k=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$，
由表中数据可知，温度越高化学平衡常数越大，升高温度平衡向正反应移动，温度升高平衡向吸热反应移动，故该反应正反应是吸热反应，
故答案为：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$；吸热；
（2）a．该可逆反应反应前后气体的物质的量不变，容器内压强自始至终不变，容器中压强变，不能说明反应到达平衡，故a错误；
b．随反应进行CO的浓度增大，混合气体中 c（CO）不变，说明反应到达平衡，故b正确；
c．υ_正（H₂）=υ_逆（H₂O），不同物质表示的正逆反应速率之比等于化学计量数之比，说明反应到达平衡，故c正确；
d．c（CO₂）=c（CO）时可能处于平衡状态，可能不处于平衡状态，与反应的条件有关，即与二氧化碳的转化率有关，故d错误；
故选：bc；
（3）相同温度下，CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数与CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）平衡常数互为倒数，而 830℃时CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数K=1，则830℃时CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）平衡常数为1，故平衡常数相等，
故答案为：等于；
（4）某温度下，在2L的密闭容器中，加入1molCO₂和1molH₂充分反应达平衡时，CO平衡浓度为0.25mol/L，则：
               CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol）：0.5     0.5     0       0
变化浓度（mol）：0.25    0.25    0.25    0.25
平衡浓度（mol）：0.25    0.25    0.25    0.25
故平衡常数K=$\frac{0.25×0.25}{0.25×0.25}$=1，故所处温度为830℃，
故答案为：830；
（5）令平衡时参加反应的CO₂的物质的量为ymol，则：
           CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
开始（mol）：2       3      0       0
变化（mol）：y       y      y       y
平衡（mol）：2-y     3-y    y       y
则平衡常数K=$\frac{y×y}{（2-y）×（3-y）}$=1，解得y=1.2，故平衡时H₂的物质的量为3mol-1.2mol=1.8mol，
故答案为：1.8．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡常数、化学平衡状态的判断，难度中等，掌握化学平衡常数的书写及用途：1、判断反应进行的程度，2、判断反应的热效应，3、判断反应进行的方向，4、计算转化率等．