Question

工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)某研究小组分别在体积均为2L的恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其发生反应，相关数据如下：

容器编号	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡的时间/min	达到平衡时体系能量的变化/kJ
		CO	H2O	CO2	H2
①	650	1	2	0．4	0．4	5	16．4
②	650	2	4			t1	Q1
③	900	2	4	1．6	1．6	t2	Q2

(1)计算容器②中反应的平衡常数K=_____________(计算结果保留两位小数)。
(2)容器③中反应达平衡时，CO的转化率为____________。
(3)容器①中反应达平衡这段时间，化学反应速率=__________。
(4)该反应的正反应为_______（填“吸热”或“放热”）反应，理由是____________。
(5)下列叙述正确的是____________（填字母序号）。
a．平衡时，容器①和容器②中CO₂的体积分数相等
b．反应达平衡状态时，Q₂＞Q₁＞32．8kJ
c．达到平衡的时间：t₂＞t₁＞2．5min
d．该反应的热化学方程式可表示为：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g) △H= -41kJ/mol

Answer 1

（1）0．17（2）80℅（3）0．04mol/L（4）吸热 升高温度，反应物的转化率增大。(5)a

试题分析：（1）化学平衡常数只跟反应温度有关，而与投料方式无关，对于①②化学平衡常数一样。K={C(CO₂)·C(H₂)}∕{C(CO)·C(H₂O)}=(0．2×0．2) ∕{(0． 5-0．2) ×(1-0．2)}=1∕6=0．17．（2）对于容器③达到化学平衡时二氧化碳、氢气的平衡浓度为0．8mol∕L，则消耗的CO、 H₂O的浓度也是0．8mol∕L。所以C(CO)(平衡)=（1-0．8）mol∕L=0．2 mol∕L；C(H₂O)(平衡)=（2-0．8）mol∕L=1．2 mol∕L。 CO的转化率为：（0．8∕1）×100℅=80℅。(3)容器①中反应达平衡这段时间，化学反应速率V(H₂)=ΔC(H₂) ∕Δt={(0．4-0) mol∕2L}∕5min=0．04 mol∕(L·min) (4) 容器②假设CO转化浓度为X，K={C(CO₂)·C(H₂)}∕{C(CO)·C(H₂O)}=X² ∕{(1-X) ×(2-X)} =1∕6．解得X=0．4 mol∕L．所以CO转化率为：（0．4∕1）×100℅=40℅。容器②③只是温度不同，起始投料相同，但CO的转化率前者是40℅，后者是80℅。可见反应物的转化率增大。根据勒夏特列原理可知升高温度化学平衡向吸热方向移动。故正反应是吸热反应。(5) a．容器①和容器②中投料比例相同，反应又是在相同温度下进行，所以反应物的转化率相同，产物的含量即体积分数相同，正确。b．该反应是气体体积相等的可逆反应。改变压强平衡不移动。由于容器②的物质的量是①的2倍，所以能量转化也是①的2倍。即Q₁=32．8kJ。容器③与②比较：③温度高升。升高温度化学平衡向正反应方向移动。转化时能量变化比②多。达平衡状态时，Q₂＞Q₁所以反应达平衡状态时，Q₂＞Q₁=32．8kJ。错误。c．在其它条件不变的情况下，增大反应物的浓度，化学反应速率越快；升高温度，化学反应速率越快，达到平衡所需时间就越短。所以达到平衡的时间：t₂<t₁<2．5min。错误。d．该反应的正反应是吸热反应。所以其热化学方程式应表示为：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g) △H= +41kJ/mol。错误。