800K时将1mol CO和1mol H2O(g)充入体积为1L的固定容积的反应器中,在某条件下达到化学平衡状态:CO(g)+H2O(g)⇌CO2 (g)+H2 (g),此时有
的CO转化为CO2.2 3
(1)该平衡混合物中CO2的体积分数为______
(2)写出该反应的化学平衡常数表达式______,并计算出平衡常数为______
(3)若使平衡向正方向移动,则下列说法中正确的是______(填序号)
①生成物的物质的量一定增加②生成物的体积分数一定增加:③反应物的转化率一定增大;④反应物的浓度一定降低;⑤正反应速率一定大于逆反应速率;⑥一定使用了催化剂.
(4)在相同条件下,若向容器中充入1mol CO2、1mol H2和1mol H2O,则达到平衡时与(1)中平衡相比较,平衡应向______(填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不移动”),此时平衡混合物中CO2的体积分数为______(提示:3的平方根为1.732)
利用三段式法求平衡时各组分个浓度,
CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g),
起始(mol):1 1 0 0
转化(mol):2 3 2 3 2 3 2 3
平衡(mol):1-
=2 3
1-1 3
=2 3 1 3 2 3 2 3
(1)反应前后气体的体积不变,所以平衡时,混合气体的总的物质的量为1mol+1mol=2mol,
所以平衡混合物中CO2的体积分数为
=
mol2 3 2mol
.1 3
故答案为:1 3
(2)化学平衡常数=生成物平衡浓度系数次方之积与反应物平衡浓度系数次方之积的比,
故该反应的平衡常数表达式k=
,反应在同一容器内进行,体积相同,方程式中各物质的化学计量数都是1,所以在计算中均可用物质的量数值代替浓度数值,所以k=c(H2)c(CO2) c(CO)c(H2O)
=c(H2)c(CO2) c(CO)c(H2O)
=4.
×2 3 2 3
×1 3 1 3
故答案为:k=
;=4.c(H2)c(CO2) c(CO)c(H2O)
(3)平衡向向正方向移动,
①不论改变何条件,平衡向向正方向移动,生成物的物质的量一定增加,故①正确;
②对于多种气体参与反应,反应前后气体的体积不变的反应,并向其中大量加入一种反应物,而使平衡正向移动.生成物的物质的量增加,但百分含量完全可以减小,因为总量多了,故②错误;
③多种物质参加反应,增加一种反应物的浓度,平衡向向正方向移动,提高其它反应物的转化率,自身转化率降低,故③错误;
④多种物质参加反应,增加一种反应物的浓度,平衡向向正方向移动,其它反应物的浓度降低,自身浓度增大,故④错误;
⑤平衡向向正方向移动,正反应速率一定大于逆反应速率,故⑤正确;
⑥使用催化剂不能改变平衡移动,故⑥错误.
故选:①⑤
(4)充入1mol CO2、lmol H2和1mol H2O,反应向逆反应进行建立平衡,等效为(1)中平衡后,再加1molH2O(g),平衡向正反应移动;
令参加反应的H2物质的量为nmol,
CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g),
起始(mol):0 1 1 1
转化(mol):n n n n
平衡(mol):n 1+n 1-n 1-n
所以
=4,解得n=0.154(1-n)(1-n) n(1+n)
反应前后气体的体积不变,所以平衡时,混合气体的总的物质的量为1mol+1mol+1mol=3mol,
平衡混合物中CO2的体积分数为
×100%=28.2%1mol-0.154mol 3mol
故答案为:28.2%