Question

（14分）美國(guó)Bay等工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來(lái)制取氫氣，其生產(chǎn)流程如下圖：

（1）此流程的第II步反應(yīng)為：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數(shù)K	10	9	1

從上表可以推斷：此反應(yīng)是       （填“吸”或“放”）熱反應(yīng)。在830℃下，若開(kāi)始時(shí)向恒容密閉容器中充入1mo1CO和2mo1H₂O，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為          。

（2）在500℃，以下表的物質(zhì)的量（按照CO、H₂O、H₂、CO₂的順序）投入恒容密閉容器中進(jìn)行上述第II步反應(yīng)，達(dá)到平衡后下列關(guān)系正確的是

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	反應(yīng)物投入量	平衡時(shí)H2濃度	吸收或放出的熱量	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率
A	1、1、0、0	c1	Q1	α1[來(lái)源:]
B	0、0、2、2	c2	Q2	α2
C	2、2、0、0	c3	Q3	α3

A．2c₁= c₂ =c₃    B．2Q₁=Q₂=Q₃     C．α₁ =α₂ =α₃       D．α₁ +α₂ =1

（3）在一個(gè)絕熱等容容器中，不能判斷此流程的第II步反應(yīng)達(dá)到平衡的是         。

①體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化                            ②混合氣體的密度不變

③混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變              ④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變

⑤體系的溫度不再發(fā)生變化                            ⑥v(CO₂)_正＝v(H₂O)_逆

（4）下圖表示此流程的第II步反應(yīng)，在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡、在t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件濃度發(fā)生變化的情況：圖中t₂時(shí)刻發(fā)生改變的條件是                 、                   

（寫出兩種）。若t₄時(shí)刻通過(guò)改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原先的兩倍，在圖中t₄和t₅區(qū)間內(nèi)畫出CO、CO₂濃度變化曲線，并標(biāo)明物質(zhì)（假設(shè)各物質(zhì)狀態(tài)均保持不變）。

 

Answer 1

（1）放 ；66.7%（2）AD （3）②③ （4）降低溫度，或增加水蒸汽的量，或減少氫氣的量；（每格2分）

解析:（1）溫度越高，平衡常數(shù)越小，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

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

起始量（mol）              1      2       0     0

轉(zhuǎn)化量（mol）              x      x       x     x

平衡量（mol）            1－x    2－x     x     x

根據(jù)平衡常數(shù)知

解得x＝2/3，所以平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為是66.7％。

（2）因?yàn)榉磻?yīng)前后體積，即改變壓強(qiáng)平衡不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，根據(jù)所給的反應(yīng)物投入量來(lái)看ABC就是等效的，雖然氫氣的含量，但氫氣的濃度不同，其中BC相等且都是A的2倍。根據(jù)500℃平衡常數(shù)可計(jì)算出A中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均是75％【計(jì)算方法同（1）】，即平衡時(shí)A中CO、H₂O、H₂、CO₂分別是0.25mol、0.25mlol、0.75mol、0.75mol，則平衡時(shí)B、C中CO、H₂O、H₂、CO₂分別都為0.5mol、0.5mol、1.5mol、1.5mol。即B、C中轉(zhuǎn)化率分別是25％和75％。A中放熱Q₁，所以反應(yīng)熱是－2Q₁kJ·mol^－1。則C中放熱2Q₁，B中吸熱Q₁。答案AD正確。

（3）因?yàn)轶w系絕熱，而反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生變化，①⑤可以。反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和容器的體積均不發(fā)生變化，所以密度不變，②不可以。反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和物質(zhì)的量均不發(fā)生變化，所以相對(duì)分子質(zhì)量不變，③不可以。④⑥符合化學(xué)平衡的概念正確。答案是②③。

（4）由圖像可知t₂時(shí)刻CO濃度減小，CO₂濃度增大，因此改變的條件是降低溫度，或增加水蒸汽的量。t₄時(shí)刻通過(guò)改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原先的兩倍，平衡不移動(dòng)，但物質(zhì)的濃度均增大，都變?yōu)樵瓉?lái)大2倍，如圖所示：