Question

16．現(xiàn)有反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）△H＜0，在850℃時，平衡常數(shù)K=1，現(xiàn)在850℃下，向2L的密閉容器中充入CO、H₂O（g）各4mol，回答下列問題：
（1）當CO轉(zhuǎn)化率為25%時，該反應(yīng)是否達平衡，向哪個方向進行？
（2）達平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為多少？
（3）平衡時，H₂的體積分數(shù)為多少？
（4）平衡時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為多少？

Answer 1

分析 （1）當CO轉(zhuǎn)化率為25%時，消耗的CO為4mol×25%=1mol，則：
                   CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
       起始量（mol）：4       4        0         0
       變化量（mol）：1       1        1         1
CO轉(zhuǎn)化率25%時（mol）：3       3        1         1
由于反應(yīng)氣體氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K．反應(yīng)向逆反應(yīng)進行，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進行；
（2）設(shè)平衡時轉(zhuǎn)化的CO為xmol，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol）：4      4        0         0
變化量（mol）：x      x        x         x
平衡量（mol）：4-x    4-x      x         x
根據(jù)平衡常數(shù)列方程計算x，進而計算CO轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)（2）中平衡時各組分物質(zhì)的量計算氫氣體積分數(shù)；
（4）混合氣體總質(zhì)量等于4molCO、4molH₂O（g）的總質(zhì)量，總物質(zhì)的量不變?yōu)?mol，根據(jù)$\overline{M}$=$\frac{{m}_{總}}{{n}_{總}}$計算．

解答 解：（1）當CO轉(zhuǎn)化率為25%時，消耗的CO為4mol×25%=1mol，則：
                   CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
       起始量（mol）：4     4         0        0
       變化量（mol）：1     1         1        1
CO轉(zhuǎn)化率25%時（mol）：3     3         1        1
由于反應(yīng)氣體氣體的體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算濃度商Qc，故Qc=$\frac{1×1}{3×3}$=$\frac{1}{9}$＜K=1，未達平衡，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，
答：未達平衡，反應(yīng)向正反應(yīng)進行；
（2）設(shè)平衡時轉(zhuǎn)化的CO為xmol，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol）：4       4       0        0
變化量（mol）：x       x       x        x
平衡量（mol）：4-x     4-x     x        x
則$\frac{x×x}{（4-x）×（4-x）}$=1，解得x=2，故CO轉(zhuǎn)化率為$\frac{2mol}{4mol}$×100%=50%，
答：CO的轉(zhuǎn)化率為50%；
（3）平衡時氫氣體積分數(shù)為$\frac{2mol}{8mol}$×100%=25%，
答：平衡時氫氣體積分數(shù)為25%；
（4）混合氣體總質(zhì)量=4mol×28g/mol+4mol×18g/mol=184g，總物質(zhì)的量不變?yōu)?mol，平均相對分子質(zhì)量為$\frac{184}{8}$=23，
答：平衡時混合氣體平均相對分子質(zhì)量為23．

點評 本題考查化學平衡計算，關(guān)鍵是根據(jù)平衡常數(shù)進行計算，側(cè)重考查學生對基礎(chǔ)知識的鞏固．