Question

【題目】工業上用凈化后的水煤氣在催化劑作用下，與水蒸氣發生反應制取氫氣，化學方程式為CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)。一定條件下，將4 mol CO與2 mol H2O(g)充入體積為2 L的密閉容器中，體系中各物質的濃度隨時間的變化如圖所示：

（1）在0～4 min時段，反應速率v(H2O)為_________mol·L1·min1，該條件下反應的平衡常數K為_______(保留兩位有效數字)。

（2）該反應到4 min時，CO的轉化率為_______________。

（3）若6 min時改變的外部條件為升溫，則該反應的ΔH_______________0(填“>”“=”或“<”)，此時反應的平衡常數_________________(填“增大”“減小”或“不變”)。

（4）判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是____________。

a．混合氣體的密度不變

b．混合氣體中c(CO)不變

c．v(H2O)正=v(H2)逆

d．斷裂2 mol H—O鍵的同時生成1 mol H—H鍵

（5）若保持與4 min時相同的溫度，向一容積可變的密閉容器中同時充入0.5 mol CO、1.5 mol H2O(g)、

0.5 mol CO2和a mol H2，則當a=2.5時，上述反應向________________(填“正反應”或“逆反應”)方向進行。若要使上述反應開始時向逆反應方向進行，則a的取值范圍為_____________。

Answer 1

【答案】（1）0.2 2.7 （2）40% （3）< 減小 （4）bc （5）正反應 a>4.05

【解析】（1）v(H2O)=(1.0 mol/L0.2 mol/L)÷4 min=0.2 mol·L1·min1；由反應的化學方程式及圖像可知，4 min達到平衡時c(CO)=1.2 mol/L，c(H2O)=0.2 mol/L，c(CO2)=c(H2)=0.8 mol/L，故平衡常數K==≈2.7。

（2）CO的轉化率為(2.01.2)/2.0×100%=40%。

（3）6 min時升溫，反應物CO和H2O的濃度增大，即平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，即ΔH＜0；升溫平衡逆向移動，故平衡常數減小。

（4）該反應中反應物和生成物均為氣體，故氣體質量始終不變，又反應容器體積不變，故反應過程中混合氣體的密度始終不變，即密度不變不能作為反應達到平衡的標志，a項錯誤；反應過程中某種反應物或生成物的濃度不變，表明反應達到平衡，b項正確；該反應方程式中H2O和H2的系數相等，故v(H2O)正=v(H2)正=v(H2)逆時表明反應達到平衡，c項正確；斷裂H—O鍵與生成H—H鍵都是指正反應，故該項不能作為反應達到平衡的標志，d項錯誤。

（5）該容器容積可變，設容器容積為V L，則Qc=≈1.7＜2.7，故反應向正反應方向進行；若反應開始時向逆反應方向進行，則Qc=＞2.7，故a＞4.05。