煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比等问题。
已知:CO (g) +H2O (g)H2 (g) +CO2 (g)平衡常数K随温度的变化如下表:
回答下列问题
(1)该反应的平衡常数表达式K= ,ΔH= 0(填“<”、“>”、“=”)
(2)已在一定温度下,C(s) +CO2 (g)2CO (g)平衡常数K1;
C (s) +H2O(g)CO(g) +H2 (g)平衡常数K2则K、K1、K2,之间的关系是 :
(3)8000C时,向一个10L的恒容反应器中充入0.40molCO和1.60mol水蒸气,经一段时间后反应达到平衡,此时CO的转化率为 :若保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0. 10molCO和0.40molCO2,此时v正 v逆 (填“>”、“=”或“<”)。
(7分)(1) C(CO2)C(H2)/C(CO) C(H2O),(1分) ,< (1分);
(2) K=K2/K1 (1分) (3)80% (2分);=(2分)
题目分析:(1)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据反应的化学方程式可知,该反应的平衡常数表达式K=。根据表中的数据可知,随着温度的升高,平衡常数K是减小的,这说明升高温度平衡向逆反应方向进行,所以正方应是放热反应,即△H<0。
(2)根据盖斯定律可知,②-①即得到反应CO (g) +H2O (g)H2 (g) +CO2 (g),所以平衡常数之间的关系是K=K2/K1。
CO (g) +H2O (g)H2 (g) +CO2 (g)
起始浓度(mol/L) 0.040 0.16 0 0
转化浓度(mol/L) x x x x
平衡浓度(mol/L) 0.040-x 0.16-x x x
则根据该温度下的平衡常数可知
解得x=0.032mol/L
所以CO的转化率=
若保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0. 10molCO和0.40molCO2,则此时CO、H2O、CO2、H2的浓度分别是(mol/L)0.018、0.128、0.072、0.032,所以Q=,所以反应仍然是平衡状态,则正逆反应速率相等。
点评:该题是中等难度的试题,也是高考中的常见题型。试题针对性强,主要是考查学生对平衡常数含义、表达式以及有关应用的熟悉了解程度,旨在培养学生的逻辑思维能力和规范答题能力。在进行可逆反应的有关计算时,一般采用“三段式”进行,即分别列出起始量、转化量和平衡量或某深刻的量,然后依据已知条件列式计算即可。