Question

【題目】已知：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，其平衡常數隨溫度變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數	9.94	9	1

請回答下列問題：

(1)上述反應的化學平衡常數表達式為________，該反應的Q________0(填“>”或“<”)。

(2)850 ℃時在體積為10 L反應器中，通入一定量的CO和H2O(g)，發生上述反應，CO和H2O(g)濃度變化如圖所示，則0～4 min時平均反應速率v(CO)＝________。

(3)若在500 ℃時進行，且CO、H2O(g)的起始濃度均為0.020 mol·L－1，該條件下，CO的最大轉化率為________。

(4)若在850 ℃時進行，設起始時CO和H2O(g)共為1 mol，其中水蒸氣的體積分數為x，平衡時CO的轉化率為y，試推導y隨x變化的函數關系式為________。

(5)有人提出可以設計反應2CO=2C＋O2(ΔH>0)來消除CO的污染。請判斷上述反應能否自發進行：____ (填“可能”或“不可能”)，理由是____________________________________。

Answer 1

【答案】)K=[c(CO2)c(H2)]/c(CO)c(H2O)<0.03 mol·L－1·min－175%y＝x不能ΔH>0且ΔS<0，不能自發進行

【解析】

（1）由平衡常數的定義，平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，根據表中平衡常數隨溫度的變化進行判斷；

（2）由圖象得出，CO的濃度變化及v=△c/△t計算0～4min時平均反應速率v（CO）；

（3）根據三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，再利用平衡常數列方程，求出c，再利用轉化率定義計算；

（4）起始時水的物質的量為xmol，轉化的CO的物質的量為（1-x）ymol，利用三段式法求出平衡時各組分的物質的量，代入850℃平衡常數，結合轉化率計算。

（5）根據吉布斯自由能的大小判斷反應能否進行。

（1）根據 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，故K=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)，又依據圖表數據分析，升高溫度，平衡常數減小，平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，△H＜0；

（2）由圖象得出，CO的濃度變化及v=△c/△t，v（CO）=（0.20mol·L－1-0.08mol·L－1）/4min=0.03 mol·L－1·min－1；

（3）列出三段式，設CO的濃度變化量為c，則

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，

起始（mol·L－1）：0.02 0.02 0 0

轉化（mol·L－1）：c c c c

平衡（mol·L－1）：0.02-c 0.02-c c c

500℃時反應平衡常數有K= =9，解得c=0.015，CO轉化率為：0.015/0.02×100%=75%。

（4）因850℃時反應平衡常數為1．起始時水的物質的量為xmol，CO的物質的量為 （1-x）mol，則

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），

起始（mol·L－1）：（1-x） x 0 0

轉化（mol·L－1）：（1-x）y （1-x）y （1-x）y （1-x）y

平衡（mol·L－1）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y （1-x）y

平衡常數k=，解得y=x。

（5）反應2CO=2C+O2（△H＞0），則△G=△H-T·△S＞0，反應△H＞0吸熱且△S＜0，依據吉布斯自由能判斷任何情況下不能自發進行。