Question

13．煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及產(chǎn)率等問題，提高一氧化碳制取氫氣的產(chǎn)率是其重要研究之一．
（1）已知：
C（石墨）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H₁=-111kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₂=-242kJ/mol
C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-394kJ/mol
請寫出一氧化碳那與水作用轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol；
（2）能判斷該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是（　　）（填序號）；
A．容器中壓強不變           B．混合氣體中c（CO）不變
C．v_正（H₂）=v_逆（H₂O）      D．c（CO₂）=c（CO）
（3）已知一氧化碳與水作用轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳的化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	800	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

在800℃時，2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g），10min后達到平衡時CO₂的平衡濃度為1.2mol/L，用H₂濃度變化來表示的平均反應(yīng)速率為0.12mol/（L•min），CO的轉(zhuǎn)化率是60%；
（4）為使該反應(yīng)的速率增大且平衡向正反應(yīng)方向移動，可采取的措施是A．
A．增大CO濃度                 B．升高溫度
C．將生成物分離出去            D．使用高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）已知①C（石墨）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-111kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-242kJ/mol
③C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H₃=-394kJ/mol
由蓋斯定律，③-②-①得：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），△H=△H₃-△H₂-△H₁計算；
（2）A．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）是等體積的反應(yīng)，容器中壓強始終不變；
B．達到化學(xué)平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)的濃度保持不變；
C．v_正（H₂）=v_逆（H₂O），二者的化學(xué)計量數(shù)相同，所以v_正（H₂）=v_逆（H₂）；
D．c（CO₂）=c（CO），并不能保證二者濃度保持恒定；
（3）10min后達到平衡時CO₂的平衡濃度為xmol/L，利用三段法表示出各組分濃度的變化，然后帶入平衡常數(shù)表達式、v=$\frac{△c}{△t}$、轉(zhuǎn)化率公式計算；
（4）A．增大反應(yīng)物濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，平衡正向移動；B．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化學(xué)平衡逆向移動；
C．將生成物分離出去，化學(xué)反應(yīng)速率減小，平衡正向移動；
D．催化劑對化學(xué)平衡不產(chǎn)生影響．

解答 解：（1）已知在25℃時：
①C（石墨）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-111kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-242kJ/mol
③C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H₃=-394kJ/mol
由蓋斯定律，③-②-①得：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），故△H=△H₃-△H₂-△H₁=-394kJ/mol-（-242kJ/mol）-（-111kJ/mol）=-41kJ/mol，
故答案為：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol；
（2）A．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）是等體積的反應(yīng)，容器中壓強始終不變，故A錯誤；
B．達到化學(xué)平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)的濃度保持不變，混合氣體中c（CO）不變，說明達到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．v_正（H₂）=v_逆（H₂O），二者的化學(xué)計量數(shù)相同，所以v_正（H₂）=v_逆（H₂），說明達到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故C正確；
D．c（CO₂）=c（CO），并不能保證二者濃度保持恒定，因此不能確定達到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：BC；
（3）在800℃時，2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g），c（CO）=$\frac{4mol}{2L}$=2mol/L，c（H₂O）=$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，
10min后達到平衡時CO₂的平衡濃度為xmol/L，則
          CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度：2       3         0       0
轉(zhuǎn)化濃度：x       x         x       x
平衡濃度：2-x     3-x        x       x
K=$\frac{{x}^{2}}{（2-x）×（3-x）}$=1，解得x=1.2，
v（H₂）=$\frac{1.2mol/L}{10min}$=0.12mol/（L•min），
CO的轉(zhuǎn)化率是$\frac{1.2mol/L}{2mol/L}$×100%=60%，
故答案為：1.2mol/L；0.12mol/（L•min）；60%；
（4）A．增大CO的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，平衡正向移動，故A正確；B．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化學(xué)平衡逆向移動，故B錯誤；
C．將生成物分離出去，降低了生成物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率減小，平衡正向移動，故C錯誤；
D．使用高效催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡不移動，故D錯誤；
故答案為A．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式的計算、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、化學(xué)平衡移動和化學(xué)平衡常數(shù)的計算，為高考高頻考點，難度中等，注意蓋斯定律和三段法的合理應(yīng)用．