Question

工业上制备H₂的一种重要方法是：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=Q kJ?mol^-1．已知该反应的平衡常数K与温度的关系如图所示．若在一固定的密闭容器中，850℃时发生上述反应，并测得容器内各物质的浓度（mol?L^-1）随时间的变化关系如下表：

Kt℃ 时间/min	CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	c1	c2	c3	c4
4	c1	c2	c3	c4

已知：850℃时该反应的化学平衡常数K=1.0，请回答下列问题：
（1）下列可以判断该反应达到化学平衡状态的是

 

．
A．单位时间内减少CO（g）的浓度等于生成CO₂（g）的浓度
B．反应容器内的压强不发生变化
C．混合气体中H₂（g）的浓度不再发生改变
D．氢气的生成速率等于水的消耗速率
（2）Q

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）若在850℃时向反应容器中充入H₂O（g），K值

 

（填“增大”、“减小”或“不变”，下同）；若升高反应体系的温度，K值

 

．
（4）上表中c₂为

 

mol?L⁼¹，CO（g）的转化率为

 

．

Answer 1

分析：（1）A．任何时候，正反应速率之比等于化学计量数之比；
B．反应前后气体的物质的量不变，温度一定，容器中压强始终不变；
C．反应达到平衡状态时，各物质的浓度不变；
D．氢气的生成速率等于水的消耗速率，正逆反应速率相等；
（2）由图可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动，据此判断△H；
（3）平衡常数只与温度有关，由图可知升高反应体系的温度平衡常数减小；
（4）根据三段式解题法，求出反应混合物各组分浓度的变化量、平衡时各组分的浓度，转化率=

CO浓度变化量

CO的起始浓度

×100%．

解答：解：（1）A．任何时候，单位时间内减少CO（g）的浓度等于生成CO₂（g）的浓度，不能说明到达平衡，故A错误；
B．反应前后气体的物质的量不变，温度一定，容器中压强始终不变，所以压强不发生变化，不能说明到达平衡，故B错误；
C．反应达到平衡状态时，各物质的浓度不变，说明到达平衡状态，故C正确；
D．任何时候，氢气的生成速率等于水的消耗速率，不能说明到达平衡状态，故D错误；
故选：C．
（2）由图可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故△H＜0，故答案为：＜；
（3）在850℃时向反应容器中充入H₂O（g），平衡正向移动，但K值不变；由图可知升高反应体系的温度平衡常数减小，故答案为：不变；减小；
（4）CO+H₂O（g）  CO₂ +H₂，
起始（mol/L）   0.200     0.300             0    0
反应（mol/L）       a       a               a     a
平衡（mol/L）   0.200-a   0.300-a           a     a
 k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

a ×a

(0.200-a)(0.300-a)

=1，解得a=0.12，
所以c₂=0.300-a=0.18，CO（g）的转化率为

CO浓度变化量

CO的起始浓度

×100%=

0.12

0.200

×100%=60%，
故答案为：0.18；60%．

点评：本题考查化学平衡常数及影响因素、平衡移动、平衡状态的判断以及计算等，难度中等，注意平衡状态的判断，选择的物理量随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．