Question

煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題．已知下列兩個反應(yīng)的熱效應(yīng)及平衡常數(shù)：
反應(yīng)①：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H1=akJ?mol-1，平衡常數(shù)為K₁；
反應(yīng)②：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H2=bkJ?mo1-1，平衡常數(shù)為K₂；
又知反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)Kc隨溫度的變化如下表：

溫度/	400	500	800
平衡常數(shù)Kc	9.94	9	1

回答下列問題：
（1）上述反應(yīng)中，a

 

b（填＞、＜或=），化學(xué)平衡常數(shù)Kc與K₁、K₂的關(guān)系為

 

．
（2）溫度為800℃時，在一體積為10L的密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O （g），發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度變化如下表．
800℃時物質(zhì)的量濃度（mol?L^-1）的變化

時間（min）	CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
0	0.200	0.300	0	0
2	0.120	0.220	0.080	0.080
3	0.080	0.180	0.120	0.120
4	0.100	0.200	0.100	C1
5	0.067	0.267	0.133	C2

①表中0～2min的平均反應(yīng)速率v（CO）=

 

．
②表中第3min反應(yīng)處于

 

狀態(tài)（填“平衡”或“非平衡”）；
③表中3min～4min之間，平衡向

 

移動（單選），可能的原因是

 

（單選）；
表中4min～5min之間數(shù)值發(fā)生變化，可能的原因是

 

（單選）．
a．正反應(yīng)方向    b．逆反應(yīng)方向    c．增加水蒸氣
d．降低溫度      e．使用催化劑    f．增加氫氣濃度
（3）如圖1、圖2表示反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）在t₁時刻達到平衡，在t₂時刻因改變某個條件而發(fā)生變化的情況：
①圖1中時刻t₂發(fā)生改變的條件是

 

，
②圖2中時刻t₂發(fā)生改變的條件是

 

．

Answer 1

分析：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)Kc隨溫度升高而降低，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)蓋斯定律可知，該反應(yīng)由反應(yīng)①-反應(yīng)②得到，據(jù)此解答；
（2）①根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CO）；
②計算3min時的濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比判斷是否處于平衡狀態(tài)；
③由表中數(shù)據(jù)可知，3min～4min之間，CO₂的濃度減小0.02mol/L，CO、H₂O的濃度均增大0.02mol/L，三者濃度變化量之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，平衡向逆反應(yīng)移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故可能是增大氫氣的濃度或升高溫度；
由表中5min～6min之間數(shù)值可知，H₂O的濃度增大0.067mol/L，CO濃度減小0.033、CO₂的濃度增大0.033mol/L，平衡向正反應(yīng)方向移動，且CO、CO₂的濃度變化之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，應(yīng)是增大水蒸氣濃度；
（3）①圖1中t₂時刻，同等程度增大正、逆反應(yīng)速率，平衡不移動，該反應(yīng)是氫氣體積不變的反應(yīng)，故可能是增大壓強或使用催化劑；
②圖2中t₂時刻后到達新平衡CO的濃度增大、CO₂的濃度降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，應(yīng)是升高溫度或增加氫氣濃度或減小H₂O（g）濃度．

解答：解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)Kc隨溫度升高而降低，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)蓋斯定律可知，該反應(yīng)由反應(yīng)①-反應(yīng)②得到，故a-b＜0，即a＜b，
反應(yīng)①：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），平衡常數(shù)為K₁=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

，
反應(yīng)②：C（s）+CO₂（g）=2CO（g），平衡常數(shù)為K₂=

c2(CO)

c(CO2)

，
反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)Kc=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，
由平衡常數(shù)表達式可知，

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

=

c2(CO)

c(CO2)

×

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，故平衡常數(shù)Kc=

K1

K2

，
故答案為：＜；Kc=

K1

K2

；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，0～2min內(nèi)CO濃度變化量為0.2mol/L-0.12mol/L=0.08mol/L，故v（CO）=

0.08mol/L

2min

=0.04mol/（L．min），
故答案為：0.04mol/（L．min）；
②3min時的濃度商Qc=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，等于800℃時的平衡常數(shù)1，故處于平衡狀態(tài)，
故答案為：平衡；
③由表中數(shù)據(jù)可知，3min～4min之間，CO₂的濃度減小0.02mol/L，CO、H₂O的濃度均增大0.02mol/L，三者濃度變化量之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，平衡向逆反應(yīng)移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故可能是增大氫氣的濃度或升高溫度；
由表中5min～6min之間數(shù)值可知，H₂O的濃度增大0.067mol/L，CO濃度減小0.033、CO₂的濃度增大0.033mol/L，平衡向正反應(yīng)方向移動，且CO、CO₂的濃度變化之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，應(yīng)是增大水蒸氣濃度，
故答案為：b；f；c；
（3）①圖1中t₂時刻，同等程度增大正、逆反應(yīng)速率，平衡不移動，該反應(yīng)是氫氣體積不變的反應(yīng)，故可能是增大壓強或使用催化劑，
故答案為：能是增大壓強或使用催化劑；
②圖2中t₂時刻后到達新平衡CO的濃度增大、CO₂的濃度降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，應(yīng)是升高溫度或增加氫氣濃度或減小H₂O（g）濃度，
故答案為：升高溫度或增加氫氣濃度或減小H₂O（g）濃度．

點評：本題考查反應(yīng)熱計算、化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡圖象及影響因素等，以數(shù)據(jù)與圖象形式考查化學(xué)平衡影響因素，側(cè)重對學(xué)生分析思維能力考查，難度中等．