Question

【題目】氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料。以生物材質(zhì)(以C計(jì))與水蒸氣反應(yīng)制取H2是一種低耗能，高效率的制H2方法。該方法由氣化爐制造H2和燃燒爐再生CaO兩步構(gòu)成。氣化爐中涉及的反應(yīng)有：

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；

燃燒爐中涉及的反應(yīng)為

Ⅳ．C(s)＋O2(g)===CO2；

Ⅴ．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)。

（1）該工藝制H2總反應(yīng)可表示為C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)，其反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_______________(用K1、K2、K3的代數(shù)式表示)。

（2）在一容積可變的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ，恒溫恒壓條件下，向其中加入1.0mol炭和1.0mol水蒸氣（H216O），達(dá)到平衡時(shí)，容器的體積變?yōu)樵瓉?lái)的1.25倍，平衡時(shí)水蒸氣的平衡轉(zhuǎn)化率為________；向該容器中補(bǔ)充a mol炭，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率將________（填“增大”、“減小”或“不變”），再補(bǔ)充a mol水蒸氣（H218O），最終容器中C16O和C18O的物質(zhì)的量之比為__________。

（3）已知反應(yīng)Ⅱ的ΔH＝－41.1 kJ/mol，C≡O(shè) 、O—H、H—H鍵的鍵能分別為1072.9 kJ/mol，464 kJ/mol、436 kJ/mol，則C＝O的鍵能為________ kJ/mol。

（4）對(duì)于反應(yīng)Ⅲ，若平衡時(shí)再充入CO2，使其濃度增大到原來(lái)的2倍，則平衡________移動(dòng)(填“向右”、“向左”或“不”)；當(dāng)重新平衡后，CO2濃度________(填“變大”、“變小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】 K1·K2·K3 25% 不變 1：a 803 正向 不變

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律分析，反應(yīng)為反應(yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅱ+反應(yīng)Ⅲ，所以平衡常數(shù)K= K1·K2·K3，故答案為： K1·K2·K3 ；(2). 假設(shè)水蒸氣的消耗的物質(zhì)的量為xmol，則有

C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)

起始物質(zhì)的量1 1 0 0

改變的物質(zhì)的量x x x x

平衡時(shí)物質(zhì)的量 1-x 1-x x x

根據(jù)信息有恒溫恒壓條件下體積比等于氣體總物質(zhì)的量比，即（1-x+x+x）/1=1.25，解x=0.25mol，則水蒸氣的轉(zhuǎn)化率=0.25/1=25%，向體系中加入碳，因?yàn)樘紴楣腆w，不影響平衡，再補(bǔ)充a mol水蒸氣（H218O），則平衡正向移動(dòng)，因?yàn)榉磻?yīng)物中16O和18O的比例為1：a，則生成物中二者的比例也為1：a，所以最終容器中C16O和C18O的物質(zhì)的量之比1：a，故答案為：25%；不變；1：a；(3).根據(jù)反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和分析，有-41.1=1072.9+464×2-x-436，解x=803 kJ/mol,，故答案為：803； (4). 對(duì)于反應(yīng)Ⅲ，若平衡時(shí)再充入CO2，使其濃度增大到原來(lái)的2倍，則平衡正向移動(dòng)，因?yàn)闇囟炔蛔?，平衡常數(shù)不變，所以平衡時(shí)二氧化碳的濃度不變，故答案為：正向；不變。