Question

工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

（1）此流程的第II步反应为：CO(g)＋H₂O(g) H₂(g)＋CO₂(g)，该反应的平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	830
平衡常数K	10	9	1

从上表可以推断：此反应是        （填“吸”或“放”）热反应。在830℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入1mo1CO和2mo1H₂O，则达到平衡后CO的转化率为           。

（2）在500℃，按照下表的物质的量（按照CO、H₂O、H₂、CO₂的顺序）投入恒容密闭容器中进行上述第II步反应，达到平衡后下列关系正确的是             。

实验编号	反应物投入量	平衡时H2浓度	吸收或放出的热量	反应物转化率
A	1、1、0、0	c1	Q1	α1
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）在一个绝热等容容器中，不能判断此流程的第II步反应达到平衡的是         。

①v(CO₂)_正＝v(H₂O)_逆

②混合气体的密度不变

③混合气体的平均相对分子质量不变 ④各组分的物质的量浓度不再改变

⑤体系的温度不再发生变化

（4）下图表示此流程的第II步反应，在t₁时刻达到平衡、在t₂时刻因改变某个条件使浓度发生变化的情况：图中t₂时刻发生改变的条件是               、                 （写出两种）。

若t₄时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，在图中t₄和t₅区间内画出CO、CO₂浓度变化曲线，并标明物质（假设各物质状态均保持不变）。

Answer

（1）放 ；66.7%；

（2）AD ；

（3）②③

（4）降低温度；增加水蒸汽的量或减少氢气的量

【解析】

试题分析：（1）随着温度的升高，化学平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应；

设CO的转化率为x，

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始 1mol 2mol 0 0

反应 x x x x

平衡（1-x）mol （2-x）mol xmol xmol

化学平衡常数K==1，x=66.7%；故答案：放热；66.7%；

（2）A、B、C是完全等效平衡，平衡时各组分的浓度相等，所以平衡时氢气的浓度c3=c2，但是A的投料量是B、C的2倍，达到平衡时，氢气的浓度是B（C）的2倍，即2c1=c2=c3，故A正确；B、B、C相比，建立的平衡的方向是不一样的，2Q1＜Q2=Q3，故B错误；C、根据等效原理，不同的投料，建立的平衡状态下，反应物的转化率α1=α3≠α2，故C错误；D、平衡时对应各组分的含量完全相同，CO的转化率为α1，则平衡时CO的物质的量为（1-α1）mol，B中平衡时二氧化碳的转化率为α2，平衡时CO的物质的量为α2mol，故（1-α1）=α2，整理得α1+α2=1，故D正确；故答案为：AD；

（3）在一个绝热等容的容器中，判断此流程的第Ⅱ步反应CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），达到平衡的标志是正逆反应速率相同；各组分含量保持不变；①反应速率之比等于化学方程式计量数之比，v（CO2）正=v（H2O）逆，说明水蒸气的正逆反应速率相同，故①符合；②反应中混合气体质量守恒，体积不变，密度不变，混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡，故②不符合；③反应前后气体质量守恒，反应前后气体体积不变，物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量不变，不能说明反应达到平衡，故③不符合；④各组分的物质的量浓度不再改变是平衡的标志，故④符合；⑤体系的温度不再发生变化绝热容器温度不变，说明反应达到平衡，故⑤符合；故答案为：②③；

（4）在t2时刻CO的浓度减小、CO2浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO2浓度变化有接触点，所以可以通过改变降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现；t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，则体积变为原来的一半，故浓度分别增大为原来的2倍，又反应前后气体系数相等，平衡不移动，所以图象仅仅是浓度分别变为原来的2倍并且保持不变，如图为，故答案为：降低温度；增加水蒸气的量；。

考点：考查了化学平衡移动原理的相关知识。