Question

1．（1）在一個(gè)容積固定的反應(yīng)器中，有一可左右滑動(dòng)的密封隔板，兩側(cè)分別進(jìn)行如圖所示的可逆反應(yīng)．各物質(zhì)的起始加入量如下：A、B和C均為4.0mol、D為6.5mol、F為2.0mol，設(shè)E為x mol．當(dāng)x在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，均可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器的溫度，使兩側(cè)反應(yīng)都達(dá)到平衡，并且隔板恰好處于反應(yīng)器的正中位置．請(qǐng)?zhí)顚懸韵驴瞻祝?br />

A （g）+B （g）?2C （g）

D（g）+2E（g）?2F（g）

①若x=4.5，則右側(cè)反應(yīng)在起始時(shí)向正反應(yīng) （填“正反應(yīng)“或“逆反應(yīng)“）方向進(jìn)行．欲使起始反應(yīng)維持向該方向進(jìn)行，則x的最大取值應(yīng)小于7.0．
②若x分別為4.5和5.0，則在這兩種情況下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，A的物質(zhì)的量是否相等？不相等    （填“相等“、“不相等“或“不能確定“）．其理由是：因?yàn)檫@兩種情況是在兩個(gè)不同溫度下達(dá)到化學(xué)平衡的，平衡狀態(tài)不同，所以物質(zhì)的量也不同．
（2）830K時(shí)，在密閉容器中發(fā)生下列可逆反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0   試回答下列問題：
①若起始時(shí)c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=3mol•L^-1，達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則在該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1；
②在相同溫度下，若起始時(shí)c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測(cè)得H₂的濃度為0.5mol•L^-1，則此時(shí)v_（正）＞v_（逆）（填“大于”“小于”或“等于”），達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為50%；
③若降低溫度，該反應(yīng)的K值將增大（填“增大”“減小”或“不變”，下同），該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率將減�。�

Answer 1

分析 （1）①左室混合氣體物質(zhì)的量不變，左、右兩室壓強(qiáng)相等，恒溫恒壓下，體積之比等于其物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)隔板恰好處于反應(yīng)器的正中位置，則平衡后右室氣體物質(zhì)的量為4.0mol×3=12mol，結(jié)合混合氣體物質(zhì)的量變化判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
令達(dá)平衡時(shí)E的消耗量為2a摩，求出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，利用反應(yīng)混和物總的物質(zhì)的量為12mol列出等式，再利用可逆反應(yīng)反應(yīng)物不能完全反應(yīng)列不等式，聯(lián)立求解．
②兩種情況下，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)反應(yīng)混合物總的物質(zhì)的量為12mol，所以這兩種情況是在兩個(gè)不同溫度下達(dá)到化學(xué)平衡的，平衡狀態(tài)不同，所以A的物質(zhì)的量也不同；
（2）①平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則CO的濃度變化量=2mol/L×60%=1.2mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（mol/L）：2      3        0       0
變化（mol/L）：1.2    1.2      1.2     1.2
平衡（mol/L）：0.8    1.8      1.2     1.2
代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算；
②在相同溫度下，若起始時(shí)c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，等效為在①中平衡基礎(chǔ)上移走水，水的轉(zhuǎn)化率增大，由上述計(jì)算可知①中平衡時(shí)水的轉(zhuǎn)化率為40%，則②中平衡時(shí)氫氣濃度大于2mol/L×40%=0.8mol/L，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向判斷正、逆速率相對(duì)大小；
設(shè)平衡時(shí)CO濃度變化量為xmol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）
開始（mol/L）：2       2        0       0
變化（mol/L）：x       x        x       x 
平衡（mol/L）：2-x     2-x      x       x
再根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算x，進(jìn)而計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率；
③該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)K增大；降低溫度，反應(yīng)速率減�。�

解答 解：（1）左室混合氣體物質(zhì)的量不變，左、右兩室壓強(qiáng)相等，恒溫恒壓下，體積之比等于其物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)隔板恰好處于反應(yīng)器的正中位置，則平衡后右室氣體物質(zhì)的量為4.0mol×3=12mol，x=4.5時(shí)右邊開始總的物質(zhì)的量為6.5mol+2.0mol+4.5mol=13mol＞12mol，所以反應(yīng)向物質(zhì)的量減小的方向進(jìn)行，即向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
設(shè)達(dá)平衡時(shí)E的消耗量為2a mol，則：
          D（g）+2E（g）?2F（g）
起始（mol）：6.5  x    2.0
變化（mol）：a    2a    2a
平衡（mol）：6.5-a x-2a 2.0+2a
因左側(cè)反應(yīng)混合物總的物質(zhì)的量為12 mol所以達(dá)平衡時(shí)，右側(cè)反應(yīng)需滿足：?
（6.5-a）+（x-2a）+（2.0+2a）=12 且 x-2a＞0
即$\left\{\begin{array}{l}{x=3.5+a}\\{x＞2a}\end{array}\right.$
解之得，x＜7.0?
故答案為：正反應(yīng)；7.0；
②兩種情況下，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)反應(yīng)混合物總的物質(zhì)的量為12mol，所以這兩種情況是在兩個(gè)不同溫度下達(dá)到化學(xué)平衡的，平衡狀態(tài)不同，所以A物質(zhì)的量也不同．
故答案為：不相等；因?yàn)檫@兩種情況是在兩個(gè)不同溫度下達(dá)到化學(xué)平衡的，平衡狀態(tài)不同，所以物質(zhì)的量也不同；
（2）①平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則CO的濃度變化量=2mol/L×60%=1.2mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（mol/L）：2     3          0       0
變化（mol/L）：1.2   1.2        1.2     1.2
平衡（mol/L）：0.8   1.8        1.2     1.2
故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{1.2×1.2}{0.8×1.8}$=1，
故答案為：1；
②在相同溫度下，若起始時(shí)c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，等效為在①中平衡基礎(chǔ)上移走水，水的轉(zhuǎn)化率增大，由上述計(jì)算可知①中平衡時(shí)水的轉(zhuǎn)化率為40%，則②中平衡時(shí)氫氣濃度大于2mol/L×40%=0.8mol/L，大于0.5mol/L，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則v_（正）＞v_（逆）；
設(shè)平衡時(shí)CO濃度變化量為xmol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）
開始（mol/L）：2      2        0       0
變化（mol/L）：x      x        x       x
平衡（mol/L）：2-x    2-x      x       x
則$\frac{x×x}{（2-x）×（2-x）}$=1，解得x=1，故CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{1mol/L}{2mol/L}$×100%，
故答案為：大于；50%；
③該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，二氧化碳和氫氣濃度增大，一氧化碳和水的濃度減小，平衡常數(shù)K增大；
降低溫度，反應(yīng)速率減小，
故答案為：增大；減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，（1）關(guān)鍵在于確定右側(cè)反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)反應(yīng)混合物總的物質(zhì)的量，（2）中②注意利用等效平衡分析判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，也可以利用平衡常數(shù)與濃度商判斷，難度中等．