Question

【題目】美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來制取氫氣，其生產(chǎn)流程如圖所示：

(1)此流程的第Ⅱ步反應(yīng)為：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝____________；反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示。

溫度/℃	400	500	830	1 000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

從上表可以推斷：此反應(yīng)是__________(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)。

在830 ℃下，若開始時(shí)向恒容密閉容器中充入CO與H2O均為1 mol，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為________。

(2)此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)，在830 ℃時(shí)，以下表的物質(zhì)的量(單位為mol)投入恒容反應(yīng)器發(fā)生上述反應(yīng)，其中反應(yīng)開始時(shí)，向正反應(yīng)方向進(jìn)行的有________(填實(shí)驗(yàn)編號)。

實(shí)驗(yàn)編號	n(CO)	n(H2O)	n(H2)	n(CO2)
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

(3)在一個(gè)不傳熱的固定容積的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是________(填序號)。

①體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化　②混合氣體的密度不變�、刍旌蠚怏w的平均相對分子質(zhì)量不變�、芨鹘M分的物質(zhì)的量濃度不再改變�、蒹w系的溫度不再發(fā)生變化　⑥v(CO2正)＝v(H2O逆)

(4)下圖表示此流程的第Ⅱ步反應(yīng)在t1時(shí)刻達(dá)到平衡，在t2時(shí)刻分別因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的情況：圖中t2時(shí)刻發(fā)生改變的條件可能是________________________(寫出兩種)。

Answer 1

【答案】c(H2).c(CO2)/[c(CO)c(H2)] 放 50% B ①④⑤⑥ 降低溫度或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量

【解析】

（1）K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，由表格中的數(shù)據(jù)可知，溫度越大，K越小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，利用830℃下K計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；

（2）利用Q與K的關(guān)系可知，Q＜K時(shí)反應(yīng)向正反應(yīng)反應(yīng)移動；

（3）利用平衡的特征“定”、“等”及由此衍生的物理量來分析；

（4）t2時(shí)二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應(yīng)正向移動，以此分析。

（1）K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則K=c(H2).c(CO2)/[c(CO).c(H2)]，由表格中的數(shù)據(jù)可知，溫度越高，K越小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，830℃時(shí)，

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），

開始(mol) 1 1 0 0

轉(zhuǎn)化(mol) x x x x

平衡(mol) 1-x 1-x x x

K=x×x/（1-x）×（1-x）=1，解得x=0.5，則CO的轉(zhuǎn)化率為0.5/1×100%=50%，

故答案為：c(H2)c(CO2)/[c(CO)c(H2)]；放；50%。

（2）A.Q=2×3/1×5=1.2＞K=1，則向逆反應(yīng)方向移動，故A不選；

B.Q=1×1/2×2=0.25＜K=1，則反應(yīng)向正反應(yīng)反應(yīng)移動，故B選；

C.Q=1×1/0.5×2==K，平衡不移動，故C不選；

故答案為：B。

（3）①該反應(yīng)在不傳熱的容器中進(jìn)行，反應(yīng)過程中容器內(nèi)的溫度會發(fā)生變化，溫度變化必然引起壓強(qiáng)的變化，則體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故①選；

②固定容積，質(zhì)量、體積始終不變，則混合氣體的密度不變，不能判斷平衡，故②不選；

③混合氣體的總質(zhì)量、總物質(zhì)的量始終不變，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，不能判斷平衡，故③不選；

④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變，為平衡的特征，能判斷平衡，故④選；

⑤體系的溫度不再發(fā)生變化，說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡，故⑤選；

⑥v正（CO2）=v逆（H2O），則水的正、逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡，故⑥選。

故答案為：①④⑤⑥。

（4）t2時(shí)二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應(yīng)正向移動，則改變的條件為降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量，

故答案為：降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量。