Question

（2012?湖南一模）低碳經(jīng)濟呼喚新能源和清潔環(huán)保能源．煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=a kJ?mol^-1  的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

（1）上述正反應方向是

放熱

反應（填“放熱”或“吸熱”）．
t₁℃時物質濃度（mol/L）的變化

時間（min）	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	c1	c2	c3	c3[m]
4	c1	c2	c3	c3
5	0.116	0.216	0.084
6	0.096	0.266	0.104

（2）t₁℃（高于850℃）時，在相同容器中發(fā)生上述反應，容器內各物質的濃度變化如上表．
①與2min時相比，3min時密閉容器中混合氣體的平均摩爾質量

不變

（填增大、減小或不變）．
②表中3min～4min之間反應處于

化學平衡

狀態(tài)；CO的體積分數(shù)

大于

16% （填大于、小于或等于）．
③反應在4min～5min，平衡向逆方向移動，可能的原因是

D

（單選），表中5min～6min之間數(shù)值發(fā)生變化，可能的原因是

A

（單選）．
A．增加水蒸氣       B．降低溫度       C．使用催化劑     D．增加氫氣濃度
（3）若在500℃時進行，若CO、H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的最大轉化率為

75%

．

Answer 1

分析：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動，據(jù)此判斷；
（2）①反應混合物的總質量不變，總的物質的量不變，故平均摩爾質量始終為定值；
②由表中數(shù)據(jù)可知，3min、4min時，反應混合物對應物質的濃度不變，處于與平衡狀態(tài)；
由圖可知850℃平衡時CO的濃度為0.8mol/L，故平衡時CO的體積分數(shù)為

0.08mol/L

0.2mol/+0.3mol/L

×100%=16%，結合反應熱效應判斷平衡移動進行判斷；
③反應在4min～5min，平衡向逆方向移動，根據(jù)平衡移動原理，結合選項判斷；
由表中數(shù)據(jù)可知，5min～6minCO的濃度降低，CO₂濃度增大，濃度變化都是0.02mol/L，說明平衡向正反應移動，而水的濃度增大0.05mol/L，應是增大水蒸氣的濃度；
（3）到達平衡時轉化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為xmol/L，利用三段式用x表示平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計算x的值，再根據(jù)轉化率定義計算．

解答：解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動，則正反應為放熱反應，
故答案為：放熱；
（2）①反應混合物的總質量不變，總的物質的量不變，故平均摩爾質量始終不變，
故答案為：不變；
②由表中數(shù)據(jù)可知，3min、4min時，反應混合物對應物質的濃度不變，處于與平衡狀態(tài)，
故答案為：平衡狀態(tài)；
由圖可知850℃平衡時CO的濃度為0.8mol/L，故平衡時CO的體積分數(shù)為

0.08mol/L

0.2mol/+0.3mol/L

×100%=16%，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，達新平衡時CO的體積分數(shù)增大，故CO的體積分數(shù)大于16%，
故答案為：化學平衡，大于；
③反應在4min～5min，平衡向逆方向移動，增大水蒸氣的濃度，平衡向正反應移動，降低溫度平衡向正反應移動，屬于催化劑平衡不移動，增大氫氣的濃度，平衡向逆反應移動，故4min～5min改變條件為增大氫氣的濃度，
由表中數(shù)據(jù)可知，5min～6minCO的濃度降低，CO₂濃度增大，濃度變化都是0.02mol/L，說明平衡向正反應移動，而水的濃度增大0.05mol/L，應是增大水蒸氣的濃度，
故答案為：D，A；
（3）到達平衡時轉化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為x，則：
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開始（mol/L）：0.02    0.02      0      0
變化（mol/L）：x          x       x      x
平衡（mol/L）：0.02-x   0.02-x    x      x
故

x2

(0.02-x)2

=9，解得x=0.015
故CO的轉化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%
故答案為：75%．

點評：考查化學平衡的有關計算及影響因素、化學平衡常數(shù)的有關計算等，難度中等，注意（3）中利用平衡常數(shù)進行轉化率的計算．