Question

【題目】工業上用凈化后的水煤氣在催化劑作用下,與水蒸氣發生反應制取氫氣,化學方程式為CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)。一定條件下,將4 mol CO與2 mol H2O(g)充入體積為2 L的密閉容器中,體系中各物質的濃度隨時間的變化如圖所示:

（1）在0～4 min時段,反應速率v(H2O)為_______mol·L-1·min-1,該條件下反應的平衡常數K為______(保留兩位有效數字)。

（2）該反應到4 min時,CO的轉化率為________。

（3）若6 min時改變的外部條件為升溫,則該反應的ΔH________0(填“>”“=”或“<”),此時反應的平衡常數________(填“增大”“減小”或“不變”)。

（4）判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是________。

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)逆 d.斷裂2 mol H—O鍵的同時生成1 mol H—H鍵

（5）若保持與4 min時相同的溫度,向一容積可變的密閉容器中同時充入0.5 mol CO、1.5 mol H2O(g)、0.5 mol CO2和a mol H2,則當a=2.5時,上述反應向________(填“正反應”或“逆反應”)方向進行。若要使上述反應開始時向逆反應方向進行,則a的取值范圍為___________________________。

Answer 1

【答案】 0.2 2.7 40% < 減小 bc 正反應 a>4.05

【解析】（1）圖象分析可知4min反應達到平衡狀態，物質濃度為c（CO）＝1.2mol/L，c（H2）＝0.8mol/L，c（H2O）＝0.2mol/L，則

CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)

起始濃度（mol/L） 2 1 0 0

變化濃度（mol/L） 0.8 0.8 0.8 0.8

平衡濃度（mol/L） 1.2 0.2 0.8 0.8

在0～4min時段，反應速率v（H2O）＝0.8mol/L÷4min＝0.2mol/（Lmin），平衡常數K＝0.8×0.8/1.2×0.2＝2.7；

（2）該反應到4min時，CO的轉化率＝0.8/2×100%＝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，說明平衡逆向進行，逆向為吸熱反應，正反應為放熱反應，則該反應的△H＜0，此時平衡逆向進行，平衡常數減��；

（4）根據上述分析可知反應是氣體體積不變的放熱反應，則a．反應前后氣體質量和體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，a錯誤；b．混合氣體中c（CO）不變是平衡的標志，b正確；c．v（H2O）正＝v（H2）逆，表示正逆反應速率相等，能證明反應達到平衡狀態，c正確；d．斷裂2molH-O鍵的同時生成1molH-H鍵，反應均是正向進行，不能說明正逆反應速率相同，d錯誤；答案選bc；

（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a=2.5時，濃度熵Q=2.5×0.5/0.5×1.5=1.7＜K=2.7，說明反應正向進行；若要使上述反應開始時向逆反應進行，Q=a×0.5/0.5×1.5＞2.7，則a的取值范圍為a＞4.05。