Question

煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)Kc	9.94	9	1

試回答下列問題：
（1）上述正向反應(yīng)是：

放熱

 反應(yīng)（選填：放熱、吸熱）．
（2）在800℃發(fā)生上述反應(yīng)，以表中的物質(zhì)的量投入恒容反應(yīng)器，其中向正反應(yīng)方向移動的有

BCE

（選填A(yù)、B、C、D、E）．

	A	B	C	D	E
n（CO2）	3	1	0	1	1
n（H2）	2	1	0	1	2
n（CO）	1	2	3	0.5	3
n（H2O）	5	2	3	2	1

（3）若在500℃時進行，若CO、H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為：

75%

．
（4）若在800℃進行，設(shè)起始時CO和H₂O（g）共為5mol，水蒸氣的體積分數(shù)為x；平衡時CO轉(zhuǎn)化率為y，則y隨x變化的函數(shù)關(guān)系式為：y=

x

．
（5）在VL密閉容器中通入10molCO和10mol水蒸氣，在T℃達到平衡，然后急速除去水蒸氣（除水蒸氣時各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變），將混合氣體燃燒，測得放出的熱量為2842kJ（已知CO燃燒熱為283kJ/mol，H₂燃燒熱為286kJ/mol），則T℃平衡常數(shù)K=

0.44

．

Answer 1

分析：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動；
（2）反應(yīng)在同一容器內(nèi)進行，體積相同，方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)都是1，所以在計算中均可用物質(zhì)的量數(shù)值代替濃度數(shù)值，求出此時的濃度商Q_c，平衡向正反應(yīng)方向移動，濃度商小于平衡常數(shù)；
（3）到達平衡時轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為cmol/L，根據(jù)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(shù)列方程，求出c，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算；
（4）起始時水的物質(zhì)的量為5xmol，轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為 5（1-x）ymol，利用三段式法求出平衡時各組分的物質(zhì)的量，代入800℃平衡常數(shù)，據(jù)此解答；
（5）CO、H₂的物質(zhì)的量共為10mol，根據(jù)燃燒放出的熱量求出CO、H₂各自的物質(zhì)的量，利用三段式法求出平衡時各組分的物質(zhì)的量，代入平衡常數(shù)計算．

解答：解：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
（2）反應(yīng)在同一容器內(nèi)進行，體積相同，方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)都是1，所以在計算中均可用物質(zhì)的量數(shù)值代替濃度數(shù)值，800℃時反應(yīng)平衡常數(shù)為1．
A、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

2×3

1×5

=

6

5

，大于1，反應(yīng)向逆反應(yīng)進行，故A錯誤；
B、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

1×1

2×2

=

1

4

，小于1，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故B正確；
C、開始只有CO、H₂，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故C正確；
D、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

1×1

0.5×2

=1，處于平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

2×1

3×1

=

2

3

，小于1，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故E正確；
故答案為：BCE；
（3）設(shè)CO的濃度變化量為c，三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，
                CO（g）+H₂O（g） H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02       0.020            0             0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：c          c               c               c
平衡（mol/L）：0.02-c    0.02-c           c               c
代入500℃時反應(yīng)平衡常數(shù)有k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：75%；
（4）因800℃時反應(yīng)平衡常數(shù)為1．
       CO（g）+H₂O（g）    H₂（g）+CO₂（g），
起始：5（1-x）     5x                  0           0
轉(zhuǎn)化：5（1-x）y   5（1-x）y         5（1-x）y      5（1-x）y
平衡：5（1-x）（1-y）   5（x-y+xy）       5（1-x）y      5（1-x）y
所以平衡常數(shù)k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

5(1-x)y×5(1-x)y

5(1-x)(1-y)×5(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案為：y=x；
（5）由方程式CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）可知，有1molCO反應(yīng)則生成1molH₂，開始通入10molCO，所以平衡時，CO、H₂的物質(zhì)的量共為10mol．則平均燃燒熱為

2842kJ

10mol

=284.2kJ/mol，
利用十字交叉法計算CO、H₂的物質(zhì)的量之比，

即CO、H₂的物質(zhì)的量之比為1.8kJ/mol：1.2kJ/mol=3：2，
所以n（CO）=10mol×

3

5

=6mol，n（H₂）=10mol-6mol=4mol．
利用三段式法求出平衡時各組分的物質(zhì)的量，
       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：10mol  10mol      0        0   
轉(zhuǎn)化：4mol   4 mol     4mol     4mol
平衡：6mol   6mol      4mol     4mol
所以常數(shù)平衡常數(shù)為Kk=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

4×4

6×6

=

4

9

=0.44，
故答案為：0.44．

點評：本題主要考查平衡常數(shù)及其計算，難度較大，注意（1）平衡常數(shù)書寫，（2）平衡常數(shù)只受溫度影響，同一反應(yīng)溫度不變，平衡常數(shù)不變．