问题 填空题

在某一容积为5 L的密闭容器内,加入 0.3 mol的CO和0.3 mol的H2O,在催化剂存在和800℃的条件下加热,发生如下反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)  ΔH>0,反应中CO2的浓度随时间变化情况如图:

(1)根据图上数据,反应开始至达到平衡时,CO的化学反应速率为v(CO)=          mol/(L·min)-1,该温度下的平衡常数K=            

(2)在体积不变的条件下,改变下列条件重新达到平衡时能使平衡常数K增大的有        (填字母)

A升高温度;B降低温度;C增大压强;D减小压强;E加入催化剂;G移出一氧化碳气体

(3)如要一开始加入0.1 mol的CO、0.1 mol的H2O、0.2 mol的CO2和0.2 mol的H2,在相同的条件下,反应达平衡时,c(CO)=                 mol/L。

(4)若保持温度和容器的体积不变,在(1)中上述平衡体系中,再充入0.3mol 的水蒸气,重新达到平衡后,CO的转化率        (填“升高”、“降低”还是“不变”),CO2的质量分数        (填“升高”、“降低”还是“不变”)。

(5)在催化剂存在和800℃的条件下,在某一时刻测得c(CO)=c(H2O)=0.09mol/L,c(CO2)=c(H2)=0.13mol/L,则此反应是否处于平衡状态        (填“是”或“否”),若没有处于平衡状态则该反应向        移动。(填“正方向”或“逆方向”)

答案

(1)0.003    1 (2)A    (3)0.003   (4)升高  降低  (5)否   逆方向

题目分析:(1)根据图像可知,反应进行到10min是达到平衡状态。此时生成的CO2的物质的量浓度是0.03mol/L,则根据方程式可知消耗CO的浓度是0.03mol/L,因此CO的化学反应速率为v(CO)=0.03mol/L÷10min=0.003mol/(L·min)-1。根据方程式可知

CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g)

起始浓度(mol/L)  0.06    0.06        0       0

转化浓度(mol/L)  0.03    0.03        0.03    0.03

平衡浓度(mol/L)  0.03    0.03        0.03    0.03

所以该温度下反应的平衡常数K==1

(2)平衡常数只与温度有关系,与平衡移动变为直接关系,因此选项CDEG中平衡常数均是不变的。正方应是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。反之降低温度平衡常数减小,因此答案选A。

(3)              CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g)

起始浓度(mol/L)  0.02    0.02        0.04  0.04

转化浓度(mol/L)  x       x            x     x

平衡浓度(mol/L)0.02-x  0.02-x    0.04+x  0.04+x

则根据反应的平衡常数K==1可知

=1

解得x=-0.01

所以平衡时CO的浓度是0.03mol/L

(4)若保持温度和容器的体积不变,在(1)中上述平衡体系中,再充入0.3mol 的水蒸气,水蒸气的浓度增大,平衡向正反应方向移动。所以重新达到平衡后,CO的转化率升高,根据方程式可知

CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g)

起始浓度(mol/L)  0.06    0.12        0       0

转化浓度(mol/L)  x       x            x       x

平衡浓度(mol/L) 0.06-x  0.12-x        x       x

则根据反应的平衡常数K==1可知

=1

解得x=0.04

所以CO2的质量分数=×100%=45.83%

而未加入之前CO2的质量分数=×100%=47.83%

所以CO2的质量分数减小

(5)在某一时刻测得c(CO)=c(H2O)=0.09mol/L,c(CO2)=c(H2)=0.13mol/L,则根据平衡常数表达式K=可知,此时>1,所以反应没有达到平衡状态,该反应向逆反应方向移动。

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