Question

18．700℃時(shí)，向容積為2L的密閉容器中充入一定量的CO和H₂O，發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）反應(yīng)過程中測(cè)定的部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表

反應(yīng)時(shí)間/min	n（CO）/mol	n（H2O）/mol
0	1.20	0.60
t1	0.80
t2		0.20

依據(jù)題意回答下列問題：
（1）反應(yīng)在t₁min內(nèi)的平均速率為v（H₂）=$\frac{0.2}{{t}_{1}}$mol•L^-1•min^-1
（2）若保持其他條件不變，起始時(shí)向容器中充入0.60molCO（g）和0.30molH₂O（g），到達(dá)平衡時(shí)，n（CO₂）=0.2mol．
（3）若保持其他條件不變，向平衡體系中再通入H₂O（g）、CO₂（g）各0.10mol，達(dá)到新平衡時(shí)CO₂（g）的體積分?jǐn)?shù)為22.75%．
（4）若溫度升至800℃，上述反應(yīng)平衡常數(shù)為0.64，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．

Answer 1

分析 （1）由表中數(shù)據(jù)，可知t₁min內(nèi)△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△n（H₂）=△n（CO）=0.4mol，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂）；
（2）t₂min時(shí)反應(yīng)的水為0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知參加反應(yīng)的CO為0.4mol，故t₂min時(shí)CO為1.2mol-0.4mol=0.8mol，與t₁min時(shí)CO的物質(zhì)的量相等，則t₁min時(shí)到達(dá)平衡狀態(tài)；
若保持其他條件不變，起始時(shí)向容器中充入0.60molCO（g）和0.30molH₂O（g），與原平衡中CO、H₂O的起始物質(zhì)的量之比均為2：1，反應(yīng)前后氣體體積不變，則與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)同種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率相同；
（3）700℃時(shí)，向容積為2L的密閉容器中開始通入1.2molCO（g）和0.6molH₂O（g），平衡時(shí)水為0.2mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1.2    0.6      0       0
變化量（mol）：0.4    0.4      0.4     0.4
平衡量（mol）：0.8    0.2      0.4     0.4 
故700℃時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4}{2}}{\frac{0.8}{2}×\frac{0.2}{2}}$=1，
若保持其他條件不變，向平衡體系中再通入H₂O（g）、CO₂（g）各0.10mol，等效為開始加入1.3molCO（g）和0.7molH₂O（g），設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化二氧化碳為xmol，表示出平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算解答；
（4）若溫度升至800℃，上述反應(yīng)平衡常數(shù)為0.64，小于700℃時(shí)平衡常數(shù)K=1，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)．

解答 解：（1）由表中數(shù)據(jù)，可知t₁min內(nèi)△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△n（H₂）=△n（CO）=0.4mol，則v（H₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{{t}_{1}min}$=$\frac{0.2}{{t}_{1}}$mol/（L．min），
故答案為：$\frac{0.2}{{t}_{1}}$；
（2）t₂min時(shí)反應(yīng)的水為0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知參加反應(yīng)的CO為0.4mol，故t₂min時(shí)CO為1.2mol-0.4mol=0.8mol，與t₁min時(shí)CO的物質(zhì)的量相等，則t₁min時(shí)到達(dá)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)二氧化碳為0.4mol；
若保持其他條件不變，起始時(shí)向容器中充入0.60molCO（g）和0.30molH₂O（g），與原平衡中CO、H₂O的起始物質(zhì)的量之比均為2：1，反應(yīng)前后氣體體積不變，則與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)同種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率相同，則平衡時(shí)生成n（CO₂）=0.4mol×$\frac{0.6mol}{1.2mol}$=0.2mol，
故答案為：0.2；
（3）700℃時(shí)，向容積為2L的密閉容器中開始通入1.2molCO（g）和0.6molH₂O（g），平衡時(shí)水為0.2mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1.2    0.6       0      0
變化量（mol）：0.4    0.4       0.4    0.4
平衡量（mol）：0.8    0.2       0.4    0.4
故700℃時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4}{2}}{\frac{0.8}{2}×\frac{0.2}{2}}$=1，
若保持其他條件不變，向平衡體系中再通入H₂O（g）、CO₂（g）各0.10mol，等效為開始加入1.3molCO（g）和0.7molH₂O（g），設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化二氧化碳為xmol，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1.3     0.7       0       0
變化量（mol）：x        x        x       x
平衡量（mol）：1.3-x   0.7-x     x       x
所以$\frac{x×x}{（1.3-x）×（0.7-x）}$=1，解得x=0.455，
故平衡時(shí)二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{0.455mol}{2mol}$×100%=22.75%，
故答案為：22.75%；
（4）若溫度升至800℃，上述反應(yīng)平衡常數(shù)為0.64，小于700℃時(shí)平衡常數(shù)K=1，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，涉及反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)應(yīng)用與影響因素，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理能力，難度中等．