Question

（10分）美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制取氫氣，其生產流程如右圖：

（1）此流程的第II步反應為：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，該反應的化學平衡常數表達式為K=                ；反應的平衡常數隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830	1000
平衡常數K	10	9	1

從上表可以推斷：此反應是        （填“吸”或“放”）熱反應。在830℃下，若開始時向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mo1，則達到平衡后CO的轉化率為         。

（2）在830℃，以下表的物質的量（單位為mol）投入恒容反應器發生上述第II步反應，其中反應開始時，向正反應方向進行的有         （填實驗編號）；

實驗編號	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）在一個不傳熱的固定容積的容器中，判斷此流程的第II步反應達到平衡的標志是            。

①體系的壓強不再發生變化                                   ②混合氣體的密度不變

③混合氣體的平均相對分子質量不變                ④各組分的物質的量濃度不再改變

⑤體系的溫度不再發生變化                                   ⑥v(CO₂)_正＝v(H₂O)_逆

（4）右圖表示此流程的第II步反應，在t₁時刻達到平衡、在t₂時刻因改變某個條件濃度發生變化的情況：圖中t₂時刻發生改變的條件是（寫出兩種）                           。

 

Answer 1

【答案】

（1）（1分）   放（1分）   50%（2分）  

（2）B（2分）  

（3）④⑤⑥（2分）  

（4）降低溫度，或增加水蒸汽的量，或減少氫氣的量（2分）

【解析】（1）分析表格數據，得：升溫K值減小，即平衡逆向移動，說明逆向是吸熱反應，則正向為放熱反應；

830℃  CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)

n₀     1mo1   1mo1      0      0

n       x      x        x      x

n(平衡)1-x    1-x       x      x

則K=x²/(1-x)²=1，求解，得：x=0.5 mo1

所以，達到平衡后CO的轉化率=x/1mo1=50%；

（2）利用Q與K的關系求解；利用Q=[C(H₂)C(CO₂)]/[C(CO)C(H₂O)]，依次求得Q(A)=1.2、Q(B)=0.25、Q(C)=1；要正向進行，則Q＜K，故選B；

（3）因反應前后氣態物質系數相等，則無論是否達平衡態，壓強都不變，故①不是反應達到平衡的標志；②混合氣體的密度=m(氣體)/V，因為各物質均為氣體，由“質量守恒”得：無論是否達平衡態，m(氣體)為一定值，“固定容積的容器”則V為一定值，故②不是反應達到平衡的標志；③混合氣體的平均相對分子質量= m(氣體)/n(氣體)，因為各物質均為氣體，由“質量守恒”得：無論是否達平衡態，m(氣體)為一定值，由化學方程式系數得：無論是否達平衡態，n(氣體)為一定值，故③不是反應達到平衡的標志；④是；⑤該反應為放熱反應，則體系的溫度不變，說明達到了平衡態；⑥是；

（4）分析圖像可以看出：在t₂時刻，因條件的改變使C（CO₂）增大、C（CO）減小，說明平衡正向移動；但不能是增大C（CO）使平衡正向移動（因增大C（CO），能使平衡正向移動，C（CO₂）增大，但C（CO）也增大）