Question

【題目】美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制取氫氣，其生產流程如圖所示：

(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所示。

溫度/℃	400	500	830	1 000
平衡常數K	10	9	1	0.6

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1 mol，則達到平衡后CO的轉化率為________。

(2)此流程的第Ⅱ步反應CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)，在830 ℃時，以下表的物質的量(單位為mol)投入恒容反應器發生上述反應，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________(填序號)。

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)下圖表示此流程的第Ⅱ步反應在t1時刻達到平衡，在t2時刻分別因改變某個條件而發生變化的情況：圖中t2時刻發生改變的條件可能是________________________(寫出兩種)。

Answer 1

【答案】c(H2).c(CO2)/[c(CO)c(H2)] 放 50% B ①④⑤⑥ 降低溫度或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量

【解析】

（1）K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，由表格中的數據可知，溫度越大，K越小，則正反應為放熱反應，利用830℃下K計算CO的轉化率；

（2）利用Q與K的關系可知，Q＜K時反應向正反應反應移動；

（3）利用平衡的特征“定”、“等”及由此衍生的物理量來分析；

（4）t2時二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應正向移動，以此分析。

（1）K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，則K=c(H2).c(CO2)/[c(CO).c(H2)]，由表格中的數據可知，溫度越高，K越小，則正反應為放熱反應，830℃時，

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），

開始(mol) 1 1 0 0

轉化(mol) x x x x

平衡(mol) 1-x 1-x x x

K=x×x/（1-x）×（1-x）=1，解得x=0.5，則CO的轉化率為0.5/1×100%=50%，

故答案為：c(H2)c(CO2)/[c(CO)c(H2)]；放；50%。

（2）A.Q=2×3/1×5=1.2＞K=1，則向逆反應方向移動，故A不選；

B.Q=1×1/2×2=0.25＜K=1，則反應向正反應反應移動，故B選；

C.Q=1×1/0.5×2==K，平衡不移動，故C不選；

故答案為：B。

（3）①該反應在不傳熱的容器中進行，反應過程中容器內的溫度會發生變化，溫度變化必然引起壓強的變化，則體系的壓強不再發生變化時，說明反應達到平衡，故①選；

②固定容積，質量、體積始終不變，則混合氣體的密度不變，不能判斷平衡，故②不選；

③混合氣體的總質量、總物質的量始終不變，則混合氣體的平均相對分子質量不變，不能判斷平衡，故③不選；

④各組分的物質的量濃度不再改變，為平衡的特征，能判斷平衡，故④選；

⑤體系的溫度不再發生變化，說明正反應速率等于逆反應速率，反應達到平衡，故⑤選；

⑥v正（CO2）=v逆（H2O），則水的正、逆反應速率相等，達到平衡，故⑥選。

故答案為：①④⑤⑥。

（4）t2時二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應正向移動，則改變的條件為降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量，

故答案為：降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量。