Question

某研究小組利用反應(yīng)CO（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol，制備CO₂與H₂的混合氣體，并進(jìn)一步研究CO₂與H₂以不同的體積之比混合時(shí)在合適條件下的反應(yīng)情況．請(qǐng)回答下列問題：
（1）850℃時(shí)，向一體積為10L的恒容密閉容器中通入一定量的CO（g）和H₂O（g），CO（g）和H₂O（g）的濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖所示，下列說法正確的是______（填序號(hào)）．
A．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的物質(zhì)的量是0.12mol
B．達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)體系最終會(huì)放出49.44kJ熱量
C．從第4min開始，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量才不再變化
D．第6min時(shí)，若升高溫度，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)會(huì)減小
（2）850℃時(shí)，若向容積為2L的密閉容器中同時(shí)充入1.0mol CO、3.0mol H₂O（g）、1.0mol CO₂和x mol H₂，要使上述反應(yīng)開始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是______．
（3）850℃時(shí)，若向容積為2L的密閉容器中同時(shí)充入1.0mol CO和2.0mol H₂O（g），達(dá)  到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率是______（小數(shù)點(diǎn)后保留1位有效數(shù)字）．

Answer 1

【答案】分析：（1）A．由圖可知，平衡時(shí)△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，利用濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算△c（H₂），再根據(jù)n=cV計(jì)算n（H₂）；
B．850℃時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H≠-41.2kJ/mol；
C．隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量減小，平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，平衡時(shí)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變化；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
（2）計(jì)算850℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)，用x表示出濃度商Q_c，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，濃度商小于平衡常數(shù)；
（3）令平衡時(shí)參加反應(yīng)的CO為ymol，利用三段式表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算y的值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算．
解答：解：（1）A．由圖可知，平衡時(shí)△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故△c（H₂）=△c（CO）=0.12mol/L，故n（H₂）=0.12mol/L×10L=1.2mol，故A錯(cuò)誤；
B．生成1.2mol氫氣，通常條件下放出的熱量為41.2kJ×=49.44kJ，850℃時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H≠-41.2kJ/mol，故B錯(cuò)誤；
C．由圖可知4min時(shí)到達(dá)平衡，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量減小，平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，平衡時(shí)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變化，故C正確；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故D正確；
故選CD．
（2）由圖可知，平衡時(shí)CO的濃度為0.08mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）：0.2    0.3       0       0      
變化（mol/L）：0.12   0.12      0.12    0.12
變化（mol/L）：0.08   0.18      0.12    0.12
故平衡常數(shù)k==1，
平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，濃度商小于平衡常數(shù)，即＜1，解得x＜3，
故答案為：x＜3；
（3）令平衡時(shí)參加反應(yīng)的CO為ymol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：1       2       0        0      
變化（mol）：y       y       y        y
變化（mol）：1-y     2-y     y        y 
反應(yīng)前后氣體體積不變，故=1，解得y=mol，
故CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=66.7%，
故答案為：66.7%．
點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡圖象及有關(guān)計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算與應(yīng)用、熱化學(xué)方程式等，難度中等，（1）B選項(xiàng)為易錯(cuò)點(diǎn)，容易忽略熱化學(xué)方程式的所處條件．