Question

9．向某一容積為5L的密閉容器中，加入 0.2mol CO和0.2mol H₂O，在800℃和催化劑的條件下，發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，反應(yīng)中CO₂的濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示：
（1）由圖可知，反應(yīng)從開始至達(dá)到平衡時(shí)，CO的化學(xué)反應(yīng)速率v（CO）=0.003mol/（L•min）；H₂的物質(zhì)的量濃度c（H₂）=0.03mol/L；該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=9．
（2）能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是③④（填序號(hào)）．
①CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都相等
②密閉容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
③CO減少的化學(xué)反應(yīng)速率和CO₂減少的化學(xué)反應(yīng)速率相等
④CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
⑤密閉容器內(nèi)密度保持不變
（3）若開始時(shí)向該容器中加入CO、H₂O（g）、CO₂和H₂各0.1mol，在相同條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，水蒸氣的物質(zhì)的量濃度c（H₂O）=0.01mol/L．
（4）查表已知BaSO₄（s）+4C（s）$\stackrel{高溫}{?}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ•mol^-1   ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\stackrel{高溫}{?}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=+226.2kJ•mol^-1     ②
則反應(yīng)C（s）+CO₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$2CO（g）的△H=+172.5kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算二氧化碳的平均反應(yīng)速率，再結(jié)合同一時(shí)間段內(nèi)同一可逆反應(yīng)中，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算一氧化碳的平均反應(yīng)速率；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，二氧化碳的物質(zhì)的量濃度等于氫氣的物質(zhì)的量濃度；根據(jù)平衡常數(shù)指各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值進(jìn)行解答；
（2）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
（3）如果一開始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的CO₂和0.1mol的H₂，與開始時(shí)加入0.2mol CO和0.2mol H₂O為等效平衡，則兩種條件下，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)其水的物質(zhì)的量濃度相等；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）加入0.2mol的CO和0.2mol的H₂O，則起始濃度c（CO）=c（H₂O）=$\frac{0.2mol}{5L}$=0.04mol/L，平衡時(shí)c（CO₂）=0.03mol/L，則      
                  CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度/mol•L^-1 ：0.04     0.04     0         0
轉(zhuǎn)化濃度/mol•L^-1 ：0.03     0.03     0.03     0.03
平衡濃度/mol•L^-1 ：0.01     0.01     0.03     0.03
v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.3mol/L}{10min}$=0.003mol/（L．min），反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，c（CO₂）=c（H₂）=0.03mol/L，K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.01×0.01}$=9；
故答案為：0.003mol/（L．min）；0.03mol/L；9；
（2）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，
①根據(jù)圖象知，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，c（CO₂）=c（H₂）=0.03mol/L，則c（CO）=c（H₂O）=0.01mol/L，當(dāng)CO、H₂O、CO₂、H₂等濃度都相等時(shí)，該反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，故①錯(cuò)誤；     
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)前后氣體體積不變，密閉容器內(nèi)壓強(qiáng)始終保持不變，故②錯(cuò)誤；
③CO減少的速率和CO₂減少的速率相等，該反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相等，所以該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故③正確；
④CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故④正確；
⑤反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變、體積不變．密閉容器內(nèi)密度始終保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故⑤錯(cuò)誤；
故答案為：③④；
（3）如果一開始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的CO₂和0.1mol的H₂，與開始時(shí)加入0.2mol CO和0.2mol H₂O為等效平衡，則兩種條件下，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)其水的物質(zhì)的量濃度相等，所以達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，c（H₂O）=$\frac{0.2mol-0.003mol/L•min×10min×5L}{5L}$═0.01mol/L，
故答案為：0.01mol/L；
（4）由BaSO₄（s）+4C（s）$\stackrel{高溫}{?}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ•mol^-1   ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\stackrel{高溫}{?}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=+226.2kJ•mol^-1     ②
依據(jù)蓋斯定律（①-②）×$\frac{1}{2}$則反應(yīng)C（s）+CO₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$2CO（g）的△H=+172.5 kJ•mol^-1，
故答案為：+172.5 kJ•mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、平衡濃度的計(jì)算、熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，明確可逆反應(yīng)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)、反應(yīng)速率的計(jì)算公式即可解答，正確理解等效平衡，為學(xué)習(xí)難點(diǎn)，題目較簡(jiǎn)單．