Question

【題目】一碳化學是指以分子中只含一個碳原子的化合物(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)為原料，用化工的方法制造產品的化學體系的總稱。我國能源比較豐富，煤的探明儲量6000億噸，居世界第三位，因此，發展一碳化學有著優越的條件和光明的前途。請回答下列有關問題。

(1)已知在一定溫度下有如下反應:

I.C(s)+CO2(g)2CO(g)H1=akJ/mol

II.CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H2=bkJ/mol

III.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)△H3________。

(2)在一恒容的密閉容器中，加入lmolCO(g)、2molH2O(g)，發生反應CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H ，CO的平衡轉化率隨溫度的變化如圖所示：

①該反應的△H__0(填“<”或“>”。)

②在某溫度下，能判斷該反應是否達到化學平衡狀態的依據是________。

a.混合氣體中c(CO)不變 b.c(CO)=c(CO2)

c.υ正(H2O)=υ逆(H2) d.混合氣體的平均相對分子質量不變

③A點時H2O(g)的轉化率為__________。

④在體積不變時，要增大該反應的正反應速率可采取的措施是_______(寫兩條)。

⑤A點時該反應的平衡常數為________(保留到小數點后兩位)。

⑥若在該容器中充入2molCO和3mol水蒸氣進行反應，達到平衡時水蒸氣的體積分數與H2的體積分數相等，則平衡后CO的體積分數為_______。

Answer 1

【答案】 (a+b)kJ/mol < ac 20% 升高溫度、使用催化劑、充入CO或H2O 0.17 10%

【解析】（1）應用蓋斯定律作答。

（2）①根據圖像，升高溫度，CO的平衡轉化率減小，平衡向逆反應方向移動，ΔH0。

②根據化學平衡的特征和本質判斷。

③根據圖像計算轉化CO物質的量，結合方程式計算轉化H2O（g）的物質的量，進一步計算α（H2O）。

④根據濃度、壓強、溫度、催化劑等外界條件對化學反應速率的影響規律作答。

⑤用三段式計算A點時反應的平衡常數。

⑥用三段式計算平衡時CO的體積分數。

（1）應用蓋斯定律，將I+II得，C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH3=ΔH1+ΔH2=（a+b）kJ/mol。

（2）①根據圖像，升高溫度，CO的平衡轉化率減小，平衡向逆反應方向移動，ΔH0。

②a項，混合氣體中c（CO）不變說明反應達到平衡狀態；b項，達到平衡時各組分的濃度保持不變，但不一定相等，c（CO）=c（CO2）不能說明反應達到平衡狀態；c項，υ正（H2O）=υ逆（H2）說明反應達到平衡狀態；d項，根據質量守恒定律，混合氣體的總質量始終不變，該反應反應前后氣體分子數不變，混合氣體分子總物質的量始終不變，混合氣體的平均相對分子質量始終不變，混合氣體的平均相對分子質量不變不能說明反應達到平衡狀態；能說明反應達到平衡狀態的是a、c，答案選ac。

③根據圖像A點時CO的平衡轉化率為40%，轉化CO物質的量為1mol40%=0.4mol，根據轉化物質的量之比等于化學計量數之比，結合方程式CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），轉化H2O（g）物質的量為0.4mol，A點時H2O（g）的轉化率為100%=20%。

④在體積不變時，要增大該反應的正反應速率可采取的措施是：升高溫度（升高溫度加快反應速率）、使用催化劑（使用催化劑加快反應速率）、充入CO或H2O（g）（增大反應物濃度加快反應速率）。

⑤A點CO的平衡轉化率為40%，用三段式

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

n（起始）（mol） 1 2 0 0

n（轉化）（mol）140%=0.4 0.4 0.4 0.4

n（平衡）（mol） 0.6 1.6 0.4 0.4

設容器的容積為VL，A點時該反應的平衡常數===0.17。

⑥設轉化CO物質的量為xmol，用三段式

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

n（起始）（mol） 2 3 0 0

n（轉化）（mol） x x x x

n（平衡）（mol） 2-x 3-x x x

平衡時水蒸氣的體積分數與H2的體積分數相等，平衡時H2O（g）和H2物質的量相等，即3-x=x，解得x=1.5，平衡時CO的物質的量為2mol-1.5mol=0.5mol，平衡時混合氣體總物質的量為5mol，平衡后CO的體積分數等于CO物質的量分數=100%=10%。