Question

已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=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10L反應器中，通入一定量的CO和H₂O（g），發(fā)生上述反應，CO和H₂O（g）濃度變化如圖所示，則0～4min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0.020mol/L，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1mol，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（△H＞0）來消除CO的污染．請判斷上述反應能否自發(fā)進行：

 

（填“可能”或“不可能”），理由是

 

．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據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，根據平衡常數隨溫度的變化進行判斷；
（2）根據圖象中CO的濃度變化及v=

△c

△t

計算0～4min時平均反應速率v（CO）；
（3）到達平衡時轉化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為cmol/L，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800℃平衡常數，據此解答；
（5）根據吉布斯自由能的大小判斷反應能否進行．

解答： 解：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)

，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；
故答案為：K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

；＜；
（2）v（CO）=

0.20mol/L-0.08mol/L

4min

=0.03mol/（L?min），
故答案為：0.03mol/（L?min）；
（3）設CO的濃度變化量為c，則
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02   0.02     0       0
轉化（mol/L）：c        c     c       c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c   c       c
代入500℃時反應平衡常數有K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉化率為：

0.015

0.2

×100%=75%，
故答案為：75%；
（4）因800℃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-x）   x       0         0
轉化（mol/L）：（1-x）y （1-x）y （1-x）y （1-x）y
平衡（mol/L）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y （1-x）y
所以平衡常數k=

(1-x)y×(1-x)y

(1-x)(1-y)×(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案為：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(fā)進行，
故答案為：不能；△H＞0吸熱且△S＜0（或依據吉布斯自由能判斷）．

點評：本題考查化學反應速率和化學平衡有關知識的綜合應用，同時考查學生用數學知識解決化學問題的能力，難度較大，注意根據平衡常數表達式及化學平衡三段式列式計算．