Question

20．實施以節(jié)約能源和減少廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應(yīng)對全球氣候問題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求．試運用所學(xué)知識，回答下列問題：
（1）已知在一定溫度下，
①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁=a kJ/mol        平衡常數(shù)K₁；
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂=b kJ/mol      平衡常數(shù)K₂；
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃        平衡常數(shù)K₃．
則K₁、K₂、K₃之間的關(guān)系是：K₃=K₁×K₂，△H₃=（a+b） kJ/mol（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（2）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時，發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時進(jìn)行，設(shè)起始時CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol•L^-1，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：75%．
（3）在催化劑存在條件下反應(yīng)：H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g），CO轉(zhuǎn)化率隨蒸氣添加量的壓強比及溫度變化關(guān)系如圖所示：
對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡分壓強（P_B）代替物質(zhì)的量濃度（c_B）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_p），則該反應(yīng)的K_p=$\frac{P（C{O}_{2}）•P（{H}_{2}）}{P（CO）•P（{H}_{2}O）}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式推斷；由蓋斯定律△H₃=△H₁+△H₂；
（2）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質(zhì)變化的濃度、平衡時的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)計算；
（3）將化學(xué)平衡常數(shù)中的濃度c換成壓強P就可以得到K_P．

解答 解：（1）根據(jù)化學(xué)方程式可知K₁=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，K₂=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$，K₃=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，所以：K₃=K₁×K；由蓋斯定律△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₃=（a+b） kJ/mol，故答案為：K₃=K₁×K₂；（a+b） kJ/mol；
（2）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
對于反應(yīng)        CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.02    0.02              0            0
變化（mol/L）：c         c                 c            c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c           c            c
所以$\frac{c×c}{（0.02-c）（0.02-c）}$=9，解得c=0.015，
所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（3）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強（p_B）代替物質(zhì)的量濃度也可以表示平衡常數(shù)（記作K_p），反應(yīng)的平衡常數(shù)=$\frac{P（C{O}_{2}）•P（{H}_{2}）}{P（CO）•P（{H}_{2}O）}$，故答案為：$\frac{P（C{O}_{2}）•P（{H}_{2}）}{P（CO）•P（{H}_{2}O）}$．

點評 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動相關(guān)計算等，題目較為綜合，涉及多方面的知識，難度中等，注意把握等效平衡的解題應(yīng)用．