Question

（每空1分，共8分）低碳經濟呼喚新能源和清潔環保能源。煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數、投料比及熱值等問題。
已知：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)的平衡常數隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數	9.94	9	1

請回答下列問題：
（1）上述正反應方向是      反應（填“放熱”或“吸熱”）。
（2）850℃時在體積為10L反應器中，通入一定量的CO和H₂O(g)發生上述反應，CO和H₂O(g)濃度變化如下圖，則0～4 min的平均反應速率v(CO)＝       mol·L^－1·min^－1。

（3）t₁℃（高于850℃）時，在相同容器中發生上述反應，容器內各物質的濃度變化如上表。
①表中3 min～4 min之間反應處于     狀態；C₁數值    0.08 mol·L^－1（填大于、小于或等于）。
②反應在4 min～5 min，平衡向逆方向移動，可能的原因是    （單選），表中5 min～6 min之間數值發生變化，可能的原因是    （單選）。
A．增加水蒸氣                   B．降低溫度               
C．使用催化劑                   D．增加氫氣濃度
（4）若在500℃時進行，若CO、H₂O的起始濃度均為0.020 mol·L^－1，在該條件下，CO的最大轉化率為：    。
（5）若在850℃進行，設起始時CO和H₂O(g)共為5mol，水蒸氣的體積分數為X；平衡時CO轉化率為Y，試推導Y隨X變化的函數關系式為     。

Answer 1

（每空1分，共8分）
（1） 放熱 。（2）  0.03 。（3）① 平衡 ； 大于 。②  D ，  A 。
（4）  75% 。（5）  Y＝X

考查平衡常數計算和判斷。
（1）平衡常數是指在一定條件下，可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值。根據數據可知，隨著溫度的升高，平衡常數減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以正反應是放熱反應。
（2）根據圖像可知，再 0—4min內CO的濃度減小了0.20mol/L－0.08mol/L＝0.12mol/L，所以其反應速率是0.12mol/L÷4min＝0.03mol/(L·min)。
（3）①根據表中數據可知，在此時間內，物質的濃度是不變的，所以反應處于平衡狀態。由于反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此CO的濃度大于0.08mol/L。
②增大反應物濃度或降低溫度，平衡向正反應方向移動。而催化劑不能改變平衡狀態。所以應該是增大了氫氣濃度，平衡向逆反應方向移動，答案選D。根據表中數據可知，5min—6min是CO的濃度減小，而水蒸氣和氫氣的濃度增大，說明改變的條件是增大了水蒸氣的濃度，平衡向正反應方向移動，答案選A。
（5）                CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)
起始量（mol）       0.020     0.020     0      0
轉化量（mol）     x        x       x      x
平衡量（mol）  0.020－x   0.020－x  x      x
所以有
解得x＝0.015mol/L
所以轉化率是0.015÷0.020×100％＝75％
（4）                CO(g)   ＋    H₂O(g)        H₂(g)  ＋    CO₂(g)
起始濃度（mol/L）  （5－5X）        5X                0             0
轉化濃度（mol/L）  （5－5X）Y   （5－5X）Y     （5－5X）Y  （5－5X）Y           
平衡濃度（mol/L）（5－5X－5Y＋5XY）（5X－5Y＋5XY）（5－5X）Y  （5－5X）Y
所以有
解得X＝Y。