Question

【题目】氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。以生物材质（以C 计）与水蒸气反应制取H2是一种低耗能，高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及到的反应为：

I.C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g） K1；

Ⅱ.CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g） K2；

Ⅲ.CaO（s）+CO2（g）CaCO3（s） K3；

（1）该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)，其反应的平衡常数K=_______________（用K1、K2、K3的代数式表示）。在2L的密闭容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)。下列能说明反应达到平衡状态的是__________。

a．容器内混合物的质量不变 b．H2与H2O（g）的物质的量之比不再变化

c．混合气体的密度不再变化 d．形成 a mol H-H键的同时断裂 2 amol H-O键

（2）对于反应Ⅰ，不同温度和压强对H2产率影响如下表。

压强 温度	p1/Mpa	p2/Mpa
500℃	45.6%	51.3%
700℃	67.8%	71.6%

由表中数据判断：p1 ______ p2（填“＞”、“＜”或“＝”）

下列图像正确的是_________。

（3）已知反应Ⅱ的△H= －41.1 kJ/mol， C＝O、O－H、H－H的键能分别为803kJ/mol，464 kJ/mol、436 kJ/mol，则 CO中碳氧键的键能为___________ kJ/mol。

（4）对于反应Ⅲ，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，则平衡向_____________（填“正反应”、“逆反应”）方向移动；当重新平衡后，CO2浓度_________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

Answer 1

【答案】 K1·K2·K3 bc ＞ BD 1072.9 正反应 不变。

【解析】(1)①已知：I：C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) K1，Ⅱ：CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)K2，Ⅲ：CaO(s)+CO2(g)═CaCO3(s)K3，反应I、II、III之和为反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s)═CaCO3(s)+2H2(g)，则K=K1K2K3；a．根据质量守恒定律，容器内混合物的质量始终不变，不能判断达到平衡状态，错误；b．H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化，说明正逆反应速率相等，能够判断达到了平衡状态，正确；

c．C为固体，反应后气体的质量增大，溶液的体积不变，则混合气体的密度不再变化，能够判断达到了平衡状态，正确；d．形成 a mol H-H键的同时断裂 2 amol H-O键描述的都是正反应速率，不能判断达到了平衡状态，错误；故选bc，故答案为：K1K2K3；bc；

(2)根据反应Ⅰ、C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1；相同温度条件下，减小压强，平衡正向移动，氢气的产率增大，因此p1 ＞ p2；A.减小压强，平衡正向移动，与图像不符，错误；B.根据表格数据，升高温度，氢气的产率增大，说明平衡正向移动，与图像吻合，正确；C.升高温度，平衡正向移动，水的含量减少，降低压强，平衡正向移动，水的含量减少，与图像不符，错误；D.升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，与图像吻合，正确，故选BD，故答案为：＞；BD；

(3)设CO中碳氧键的键能x kJ/mol，反应ⅡCO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H= －41.1 kJ/mol=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(x+464×2)-(803×2+436)，解得x=1072.9，故答案为：1072.9；

(4)反应ⅢCaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，相当于增大压强，平衡正向移动；温度不变，平衡常数不变，K=不变，则重新平衡后，CO2浓度不变，故答案为：正反应；不变。