Question

8．（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應為：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol
①以上反應達到平衡后，在體積不變的條件下，以下措施有利于提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率的是AD
A．升高溫度　　　　　　　 B．增加碳的用量
C．加入催化劑　　　　　　 D．用CO吸收劑除去CO
②在體積不變的條件下，投入一定量的C（s）和H₂O（g），下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是AB．
A．體系壓強保持不變
B．體系的氣體平均相對分子質(zhì)量不變
C．CO和H₂的體積比保持不變
D．H₂O的反應速率與H₂的反應速率相等
（2）在900℃時，將2mol CO（g）和1mol H₂O（g）分別通入到體積為2.0L的恒容密閉容器中，發(fā)生以下反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應達到平衡時H₂的體積分數(shù)為20%，通過計算求出該反應的平衡常數(shù)以及CO的平衡轉(zhuǎn)化率．（要求寫出計算過程，計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（3）工業(yè)生產(chǎn)是把水煤氣中的混合氣體經(jīng)過處理后獲得的較純H₂用于合成氨．合成氨反應原理為：N₂（g）+3H₂（g） $\stackrel{一定條件}{?}$2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．實驗室模擬化工生產(chǎn)，分別在不同實驗條件下反應，N₂濃度隨時間變化如圖1：

請回答下列問題：
①與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ改變的條件為使用催化劑，判斷依據(jù)是實驗Ⅱ與實驗Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實驗Ⅱ達到平衡所需時間短．
②實驗Ⅲ比實驗Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，請在圖2中畫出實驗Ⅰ和實驗Ⅲ中NH₃濃度隨時間變化的示意圖．

Answer 1

分析 （1）①提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率，應改變條件使平衡正向移動，但不能只增大水蒸汽濃度，由于等效為增大壓強，有利于平衡逆向移動，水的轉(zhuǎn)化率減��；
②可逆反應到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（2）反應氣體氣體物質(zhì)的量不變，反應達到平衡時H₂的體積分數(shù)為20%，則生成氫氣為（2+1）mol×20%=0.6mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：2      1         0       0
變化量（mol）：0.6    0.6       0.6     0.6
平衡量（mol）：1.4    0.4       0.6     0.6
根據(jù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算平衡常數(shù)，轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%；
（3）①實驗Ⅱ與實驗Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實驗Ⅱ達到平衡所需時間短，正反應是氣體體積減小的反應，故實驗Ⅱ應是使用催化劑；
②實驗Ⅲ比實驗Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，升高溫度反應速率加快，到達平衡時間縮短，正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡時Ⅲ中氨氣濃度較�。�

解答 解：（1）①A．正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；
B．碳為固體，增加碳的用量不影響平衡移動，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．加入催化劑可以加快反應速率，但不影響平衡移動，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故C錯誤；　　　　
D．用CO吸收劑除去CO，平衡正向移動，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故D正確，
故選：D；
②A．反應前后氣體物質(zhì)的量不相等，恒溫恒容下，隨反應進行，體系壓強發(fā)生變化，當體系壓強保持不變，說明到達平衡，故A正確；
B．反應前后氣體物質(zhì)的量不相等，隨反應進行氣體質(zhì)量增大，平均相對分子質(zhì)量發(fā)生變化，體系的氣體平均相對分子質(zhì)量不變，說明到達平衡；
C．CO和H₂的體積比始終保持不變，故C錯誤；
D．未指明正逆反應速率，若均為正反應速率，則始終相等，若分別為正逆速率反應到達平衡，故D錯誤，
故選：AB；
（2）反應氣體氣體物質(zhì)的量不變，反應達到平衡時H₂的體積分數(shù)為20%，則生成氫氣為（2+1）mol×20%=0.6mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：2      1       0        0
變化量（mol）：0.6    0.6     0.6      0.6
平衡量（mol）：1.4    0.4     0.6      0.6
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.7×0.2}$=0.64，CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{2mol}$×100%=30%，
答：該反應的平衡常數(shù)為0.64，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為30%；
（3）①實驗Ⅱ與實驗Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實驗Ⅱ達到平衡所需時間短，正反應是氣體體積減小的反應，故實驗Ⅱ應是使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；實驗Ⅱ與實驗Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實驗Ⅱ達到平衡所需時間短；
②實驗Ⅲ比實驗Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，升高溫度反應速率加快，到達平衡時間縮短，正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡時Ⅲ中氨氣濃度較小，實驗Ⅰ和實驗Ⅲ中NH₃濃度隨時間變化的示意圖為：，
故答案為：．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)、化學平衡圖象等，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡．