Question

11．碳氧化物的轉化有重大用途，回答關于CO和CO₂的問題．
（1）己知：①C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂
③H₂O （g）=H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）△H₃
則C （s）+O₂（g）=CO₂ （g）的△H=（△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-△H₃ ）KJ/mol（用△H₁、△H₂、△H₃表示）．
（2）對于化學平衡①，在不同溫度下，CO的濃度與反應時間的關系如圖所示，由圖可得出如下規(guī)律：
隨著溫度升高，
①在同一時間CO的生成濃度大
②反應的速率加快，達到平衡的時間縮短，溫度升高平衡正向進行，正反應為吸熱反應
（3）某溫度下，將6.0mol H₂O（g）和足量碳充入3L的恒容密閉容器中，發(fā)生如下反應：C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g），達到平衡時測得lgK=-1.0（K為平衡常數(shù)），求平衡時H₂O（g）的轉化率？（寫出計算過程）

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到熱化學方程式，①+$\frac{1}{2}$②-③；
（2）分析圖象中曲線的變化和隨溫度變化的一氧化碳濃度結合平衡移動原理歸納存在的規(guī)律；
（3）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，假設H₂O（g）轉化了x mol/L，lgK=-1.0，K=0.1，依題意有：
                   C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）
起始濃度（mol/L）         2.0           0      0
轉化濃度（mol/L）         x             x      x
平衡濃度（mol/L）         2.0-x         x      x 
結合平衡常數(shù)計算轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；

解答 解：（1）①C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）=2CO（g）△H₂
③H₂O （g）=H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）△H₃
依據(jù)蓋斯定律[①×2-③×2+②]×$\frac{1}{2}$得到，C （s）+O₂（g）=CO₂ （g）的△H=$\frac{1}{2}$（△H₁-△H₃+△H₂）KJ/mol=（△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-△H₃）KJ/mol；
故答案為：（△H₁-△H₃+△H₂）KJ/mol；
（2）對于化學平衡①，在不同溫度下，CO的濃度與反應時間的關系如圖所示，由圖可得出如下規(guī)律：
隨著溫度升高一氧化碳濃度越大，反應速率越大，達到平衡的時間短，溫度升高平衡正向進行，正反應為吸熱反應；
故答案為：同一時間一氧化碳生成濃度越大，反應速率越大，達到平衡的時間短；溫度升高平衡正向進行，正反應為吸熱反應；
（3）某溫度下，將6.0mol H₂O（g）和足量碳充入3L的恒容密閉容器中，發(fā)生如下反應，設消耗水蒸氣濃度為x：
                C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）         2        0       0
變化量（mol/L）         x        x       x
平衡量（mol/L）         2-x       x      x
達到平衡時測得lgK=-1.0（K為平衡常數(shù)），K=0.1
由K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{x}^{2}}{2.0-x}$=0.1，
解得x=0.4；
所以H₂O（g）轉化率為$\frac{0.4mol/L}{2mol/L}$ x100%=20%；
答：H₂O（g）轉化率為20%．

點評 本題考查了化學平衡的計算方法和分析應用，熱化學方程式書寫，主要是平衡常數(shù)、轉化率的計算分析，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．