Question

1．工業(yè)上和凈化后的水煤氣在催化劑作用下，與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)制取氫氣，化學(xué)方程式為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）．一定條件下，將4molCO與2molH₂O（g）充入體積為2L的密閉容器中，體系中各物質(zhì)的深度隨時間變化如圖所示：
（1）在0～4min時段，反應(yīng)速率v（H₂O）為0.2mol•min-1，該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K為2.7（保留兩位有效數(shù)字）．
（2）該反應(yīng)到4min時，CO的轉(zhuǎn)化率為40%．
（3）若6min時改變的外部條件為升溫，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”），此時反應(yīng)的平衡常數(shù)減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是b．
a．混合氣體的密度不變       
b．混合氣體中c（CO）不變
c．v（H₂O）_正=v（H₂）_正       
d．?dāng)嗔?molH-O鍵的同時生成1molH-H鍵
（5）若保持與4min時相同的溫度，向一容積可變的密閉容器中同時充入0.5molCO、1.5molH₂O（g）、0.5molCO₂和amolH₂，則當(dāng)a=2.5時，上述反應(yīng)向正反應(yīng)（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向進(jìn)行．若要使上述反應(yīng)開始時向逆反應(yīng)進(jìn)行，則a的取值范圍為a＞4.05．

Answer 1

分析 （1）圖象分析可知4min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，物質(zhì)濃度為c（CO）=1.2mol/L，c（H₂）=0.8mol/L，c（H₂O）=0.2mol/L，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）依據(jù)（1）的計算結(jié)果得到轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）若6min時改變的外部條件為升溫，圖象可知氫氣濃度減小，一氧化碳和水的濃度增大，說明平衡逆向進(jìn)行，依據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析；
（4）平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，反應(yīng)過程中“變量不變”分析選項；
（5）計算濃度商和平衡常數(shù)比較大小分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，濃度商大于平衡常數(shù)正向進(jìn)行，小于平衡常數(shù)逆向進(jìn)行；

解答 解：（1）圖象分析可知4min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，物質(zhì)濃度為c（CO）=1.2mol/L，c（H₂）=0.8mol/L，c（H₂O）=0.2mol/L，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）  2        1         0      0
變化量（mol/L）  0.8      0.8      0.8     0.8
平衡量（mol/L）  1.2      0.2      0.8     0.8

在0～4min時段，反應(yīng)速率v（H₂O）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.8mol/L}{4min}$=0.2mol/（L•min），
平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.7；
故答案為：0.2mol/（L•min）；2.7；
（2）該反應(yīng)到4min時，CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8mol/L}{2mol/L}$×100%=40%；
故答案為：40%；
（3）若6min時改變的外部條件為升溫，圖象可知氫氣濃度減小，一氧化碳和水的濃度增大，說明平衡逆向進(jìn)行，逆向為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的△H＜0，此時平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減��；
故答案為：＜，減��；
（4）上述分析可知，反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）是氣體體積不變的放熱反應(yīng)
a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；       
b．混合氣體中c（CO）不變是平衡的標(biāo)志，故b正確；
c．v（H₂O）正=v（H₂）正，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，為正反應(yīng)速率之比，只能說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能證明正逆反應(yīng)速率相同，故c錯誤；   
d．?dāng)嗔?molH-O鍵的同時生成1molH-H鍵，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能這么說明正逆反應(yīng)速率相同，故d錯誤；
故答案為：b；
（5）若保持與4min時相同的溫度，向一容積可變的密閉容器中同時充入0.5molCO、1.5molH₂O（g）、0.5molCO₂和amolH₂，則當(dāng)a=2.5時，Q=$\frac{2.5×0.5}{0.5×1.5}$=1.7＜K=2.7，說明反應(yīng)正向進(jìn)行；若要使上述反應(yīng)開始時向逆反應(yīng)進(jìn)行，Q=$\frac{a×0.5}{0.5×1.5}$＞2.7，則a的取值范圍為a＞4.05；
故答案為：正反應(yīng)；a＞4.05．

點評 本題考查了化學(xué)平衡的分析應(yīng)用，主要是圖象分析，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率的概念計算應(yīng)用，注意一下化學(xué)平衡的因素分析判斷，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．