Question

煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题．已知下列两个反应的热效应及平衡常数：
反应①：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H1=akJ?mol-1，平衡常数为K₁；
反应②：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H2=bkJ?mo1-1，平衡常数为K₂；
又知反应CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数Kc随温度的变化如下表：

温度/	400	500	800
平衡常数Kc	9.94	9	1

回答下列问题：
（1）上述反应中，a

 

b（填＞、＜或=），化学平衡常数Kc与K₁、K₂的关系为

 

．
（2）温度为800℃时，在一体积为10L的密闭容器中，通入一定量的CO和H₂O （g），发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），容器内各物质的浓度变化如下表．
800℃时物质的量浓度（mol?L^-1）的变化

时间（min）	CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
0	0.200	0.300	0	0
2	0.120	0.220	0.080	0.080
3	0.080	0.180	0.120	0.120
4	0.100	0.200	0.100	C1
5	0.067	0.267	0.133	C2

①表中0～2min的平均反应速率v（CO）=

 

．
②表中第3min反应处于

 

状态（填“平衡”或“非平衡”）；
③表中3min～4min之间，平衡向

 

移动（单选），可能的原因是

 

（单选）；
表中4min～5min之间数值发生变化，可能的原因是

 

（单选）．
a．正反应方向    b．逆反应方向    c．增加水蒸气
d．降低温度      e．使用催化剂    f．增加氢气浓度
（3）如图1、图2表示反应CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）在t₁时刻达到平衡，在t₂时刻因改变某个条件而发生变化的情况：
①图1中时刻t₂发生改变的条件是

 

，
②图2中时刻t₂发生改变的条件是

 

．

Answer 1

分析：（1）由表中数据可知，反应CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数Kc随温度升高而降低，故该反应为放热反应，根据盖斯定律可知，该反应由反应①-反应②得到，据此解答；
（2）①根据v=

△c

△t

计算v（CO）；
②计算3min时的浓度商Qc，与平衡常数相比判断是否处于平衡状态；
③由表中数据可知，3min～4min之间，CO₂的浓度减小0.02mol/L，CO、H₂O的浓度均增大0.02mol/L，三者浓度变化量之比等于其化学计量数之比，平衡向逆反应移动，正反应为放热反应，故可能是增大氢气的浓度或升高温度；
由表中5min～6min之间数值可知，H₂O的浓度增大0.067mol/L，CO浓度减小0.033、CO₂的浓度增大0.033mol/L，平衡向正反应方向移动，且CO、CO₂的浓度变化之比等于其化学计量数之比，应是增大水蒸气浓度；
（3）①图1中t₂时刻，同等程度增大正、逆反应速率，平衡不移动，该反应是氢气体积不变的反应，故可能是增大压强或使用催化剂；
②图2中t₂时刻后到达新平衡CO的浓度增大、CO₂的浓度降低，平衡向逆反应方向移动，应是升高温度或增加氢气浓度或减小H₂O（g）浓度．

解答：解：（1）由表中数据可知，反应CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数Kc随温度升高而降低，故该反应为放热反应，根据盖斯定律可知，该反应由反应①-反应②得到，故a-b＜0，即a＜b，
反应①：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），平衡常数为K₁=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

，
反应②：C（s）+CO₂（g）=2CO（g），平衡常数为K₂=

c2(CO)

c(CO2)

，
反应CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数Kc=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，
由平衡常数表达式可知，

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

=

c2(CO)

c(CO2)

×

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，故平衡常数Kc=

K1

K2

，
故答案为：＜；Kc=

K1

K2

；
（2）①由表中数据可知，0～2min内CO浓度变化量为0.2mol/L-0.12mol/L=0.08mol/L，故v（CO）=

0.08mol/L

2min

=0.04mol/（L．min），
故答案为：0.04mol/（L．min）；
②3min时的浓度商Qc=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，等于800℃时的平衡常数1，故处于平衡状态，
故答案为：平衡；
③由表中数据可知，3min～4min之间，CO₂的浓度减小0.02mol/L，CO、H₂O的浓度均增大0.02mol/L，三者浓度变化量之比等于其化学计量数之比，平衡向逆反应移动，正反应为放热反应，故可能是增大氢气的浓度或升高温度；
由表中5min～6min之间数值可知，H₂O的浓度增大0.067mol/L，CO浓度减小0.033、CO₂的浓度增大0.033mol/L，平衡向正反应方向移动，且CO、CO₂的浓度变化之比等于其化学计量数之比，应是增大水蒸气浓度，
故答案为：b；f；c；
（3）①图1中t₂时刻，同等程度增大正、逆反应速率，平衡不移动，该反应是氢气体积不变的反应，故可能是增大压强或使用催化剂，
故答案为：能是增大压强或使用催化剂；
②图2中t₂时刻后到达新平衡CO的浓度增大、CO₂的浓度降低，平衡向逆反应方向移动，应是升高温度或增加氢气浓度或减小H₂O（g）浓度，
故答案为：升高温度或增加氢气浓度或减小H₂O（g）浓度．

点评：本题考查反应热计算、化学平衡常数、反应速率计算、化学平衡图象及影响因素等，以数据与图象形式考查化学平衡影响因素，侧重对学生分析思维能力考查，难度中等．