Question

（每空1分，共8分）低碳经济呼唤新能源和清洁环保能源。煤化工中常需研究不同温度下的平衡常数、投料比及热值等问题。
已知：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)的平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	850
平衡常数	9.94	9	1

请回答下列问题：
（1）上述正反应方向是      反应（填“放热”或“吸热”）。
（2）850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H₂O(g)发生上述反应，CO和H₂O(g)浓度变化如下图，则0～4 min的平均反应速率v(CO)＝       mol·L^－1·min^－1。

（3）t₁℃（高于850℃）时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如上表。
①表中3 min～4 min之间反应处于     状态；C₁数值    0.08 mol·L^－1（填大于、小于或等于）。
②反应在4 min～5 min，平衡向逆方向移动，可能的原因是    （单选），表中5 min～6 min之间数值发生变化，可能的原因是    （单选）。
A．增加水蒸气                   B．降低温度               
C．使用催化剂                   D．增加氢气浓度
（4）若在500℃时进行，若CO、H₂O的起始浓度均为0.020 mol·L^－1，在该条件下，CO的最大转化率为：    。
（5）若在850℃进行，设起始时CO和H₂O(g)共为5mol，水蒸气的体积分数为X；平衡时CO转化率为Y，试推导Y随X变化的函数关系式为     。

Answer 1

（每空1分，共8分）
（1） 放热 。（2）  0.03 。（3）① 平衡 ； 大于 。②  D ，  A 。
（4）  75% 。（5）  Y＝X

考查平衡常数计算和判断。
（1）平衡常数是指在一定条件下，可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值。根据数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应。
（2）根据图像可知，再 0—4min内CO的浓度减小了0.20mol/L－0.08mol/L＝0.12mol/L，所以其反应速率是0.12mol/L÷4min＝0.03mol/(L·min)。
（3）①根据表中数据可知，在此时间内，物质的浓度是不变的，所以反应处于平衡状态。由于反应是放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此CO的浓度大于0.08mol/L。
②增大反应物浓度或降低温度，平衡向正反应方向移动。而催化剂不能改变平衡状态。所以应该是增大了氢气浓度，平衡向逆反应方向移动，答案选D。根据表中数据可知，5min—6min是CO的浓度减小，而水蒸气和氢气的浓度增大，说明改变的条件是增大了水蒸气的浓度，平衡向正反应方向移动，答案选A。
（5）                CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)
起始量（mol）       0.020     0.020     0      0
转化量（mol）     x        x       x      x
平衡量（mol）  0.020－x   0.020－x  x      x
所以有
解得x＝0.015mol/L
所以转化率是0.015÷0.020×100％＝75％
（4）                CO(g)   ＋    H₂O(g)        H₂(g)  ＋    CO₂(g)
起始浓度（mol/L）  （5－5X）        5X                0             0
转化浓度（mol/L）  （5－5X）Y   （5－5X）Y     （5－5X）Y  （5－5X）Y           
平衡浓度（mol/L）（5－5X－5Y＋5XY）（5X－5Y＋5XY）（5－5X）Y  （5－5X）Y
所以有
解得X＝Y。