Question

3．美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制取氫氣，其生產流程如圖．

（1）此流程的第Ⅱ步反應為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；反應的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表：

溫度/℃	400	500	830	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

從表中可以推斷：此反應是放（填“吸”、“放”）熱反應．在830℃下，若開始時間向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mol，則達到平衡后CO的轉化率為50%．
（2）此流程的第Ⅱ步反應CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在830℃，以表格的物質的量（單位為mol）投入恒容反應器發(fā)生上述反應，其中反應開始時，向正反應方向進行的有B（填實驗編號）

實驗編號	n（CO）	n（H2O）	n（H2）	n（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）如圖表示第Ⅱ步反應的速率（v）隨時間（t）變化的關系，下列說法中正確的是A．

A．t₂時加入了催化劑  B．t₃時降低了溫度 C．t₃時增大了壓強．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念列式寫出平衡常數(shù)表達式，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向是放熱反應；依據(jù)化學平衡三段式結合平衡常數(shù)計算一氧化碳的轉化率；
（2）依據(jù)濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較金屬分析判斷反應進行的方向；
（3）反應的方程式為CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應前后體積不變，改變壓強平衡不移動，且正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，以此解答該題．

解答 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$，圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向是放熱反應；在830℃，平衡常數(shù)=1，若開始時向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mol，設反應達到平衡一氧化碳反應物質的量為x；
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 1         1        0      0
變化量（mol）  x       x          x     x
平衡量（mol）1-x      1-x       x      x
$\frac{{x}^{2}}{（1-x）^{2}}$=1
計算x=0.5mol
則達到平衡后CO的轉化率=$\frac{0.5mol}{1mol}$×100%=50%；
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；放；50%；
（2）由濃度商和平衡常數(shù)比較可知，設體積為1L，則Q_A=$\frac{2×3}{1×5}$=1.2＞1，反應逆向進行；1Q_B=$\frac{1×1}{2×2}$=0.25＜1，反應正向進行； Q_C=$\frac{1×1}{0.5×2}$=1=K，為平衡狀態(tài)，
故答案為：B；
（3）反應的方程式為CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應前后體積不變，且正反應為放熱反應，則
A．t₂時正逆反應速率增大，且反應速率相等，可為加入了催化劑，故A正確；
 B．t₃時正逆反應速率都減小，且逆反應速率大于正反應速率，如降低了溫度，平衡向正反應方向移動，正反應速率大于逆反應速率，故B錯誤；
 C．反應前后體積不變，增大了壓強，平衡不移動，正逆反應速率相等，故C錯誤．
故答案為：A．

點評 本題綜合考查化學平衡的計算，為高考常見題型，側重于學生的分析、計算能力的考查，題目涉及化學平衡的分析判斷，平衡常數(shù)的計算應用，平衡移動原理的理解和影響因素的分析是解題關鍵，題目難度中等．