Question

美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如图1：

（1）此流程的第Ⅱ步反应为：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应的化学平衡常数表达式为K=

 

；反应的平衡常数随温度的变化如表：

温度/℃	400	500	830	1000
平衡常数K	10	9	1

从表可以推断：此反应是

 

（填“吸”或“放”）热反应．在830℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H₂O均为1mol，则达到平衡后CO的转化率为

 

．
（2）在830℃，以下表的物质的量（单位为mol）投入恒容反应器发生上述第Ⅱ步反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有

 

（填实验编号）；

实验编号	n（CO）	n（H2O）	n（H2）	n（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）在一个不传热的固定容积的容器中，判断此流程的第Ⅱ步反应达到平衡的标志是

 

．
①体系的压强不再发生变化②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变④各组分的物质的量浓度不再改变
⑤体系的温度不再发生变化⑥v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆
（4）图2表示此流程的第Ⅱ步反应，在t₁时刻达到平衡、在t₂时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况：图中t₂时刻发生改变的条件是（写出两种）

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）依据化学方程式和平衡常数概念列式写出平衡常数表达式，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应；依据化学平衡三段式结合平衡常数计算一氧化碳的转化率；
（2）依据浓度商和该温度下的平衡常数比较金属分析判断反应进行的方向；
（3）不传热的固定容积的容器中，反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各成分含量保持不变分析判断选项；
（4）在t₂时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，结合平衡移动原理分析．

解答： 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应的化学平衡常数表达式为K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

，图表中平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应；在830℃，平衡常数=1，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H₂O均为1mol，设反应达到平衡一氧化碳反应物质的量为x；
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 1         1        0      0
变化量（mol）  x       x          x     x
平衡量（mol）1-x      1-x       x      x

x2

(1-x)2

=1
计算x=0.5mol
则达到平衡后CO的转化率=

0.5mol

1mol

×100%=50%；
故答案为：

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

；放；50%；
（2）由浓度商和平衡常数比较可知，设体积为1L，则Q_A=

2×3

1×5

=1.2＞1，反应逆向进行；1Q_B=

1×1

2×2

=0.25＜1，反应正向进行； Q_C=

1×1

0.5×2

=1=K，为平衡状态，
故答案为：B；
（3）在一个不传热的固定容积的容器中，判断此流程的第Ⅱ步反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），达到平衡的标志是正逆反应速率相同；各组分含量保持不变；
①反应前后气体体积不变，反应过程中压强不变，体系的压强不再发生变化不能判断反应达到平衡，故①不符合；
②反应中混合气体质量守恒，体积不变，密度不变，混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡，故②不符合；
③反应前后气体质量守恒，反应前后气体体积不变，物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量不变，不能说明反应达到平衡，故③不符合；
④各组分的物质的量浓度不再改变是平衡的标志，故④符合；
⑤体系的温度不再发生变化绝热容器温度不变，说明反应达到平衡，故⑤符合；
⑥反应速率之比等于化学方程式计量数之比，v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆，说明水蒸气的正逆反应速率相同，故⑥符合；
故答案为：④⑤⑥；
（4）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反应是气体体积不变的放热反应，在t₂时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，说明平衡正向进行，降低温度，或增加水蒸气的量或减少氢气的量均可以实现，
故答案为：降低温度，或增加水蒸气的量或减少氢气的量．

点评：本题考查了化学平衡的分析判断，平衡常数的计算应用，平衡移动原理的理解和影响因素的分析是解题关键，题目难度中等．