Question

在某一容积为5 L的密闭容器内，加入 0.2 mol的CO和0.2 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下图：

(1)根据上图数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为v(CO)＝         mol/(L·min)；反应达平衡时，c(H₂)＝____________mol/L，该温度下的平衡常数K=            (计算出结果)。

(2)判断该反应达到平衡的依据是________________。

① CO减少的化学反应速率和CO₂减少的化学反应速率相等

② CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都相等

③ CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化

④ 正、逆反应速率都为零

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

Answer

(1)0.003mol/(L．min)；0.03mol/L；9；

(2)①③；

(3)0.01mol/L。

【解析】

试题分析：(1)加入0.2mol的CO和0.2mol的H2O，则起始浓度c(CO)=c(H2O)==0.04mol/L，平衡时c(CO2)=0.03mol/L，则

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

起始浓度/mol•L-1 ：0.04 0.04 0 0

转化浓度/mol•L-1 ：0.03 0.03 0.03 0.03

平衡浓度/mol•L-1 ：0.01 0.01 0.03 0.03

v(CO2)===0.003mol/(L．min)，反应达到平衡状态时，c(CO2)=c(H2)=0.03mol/L，K===9；故答案为：0.003mol/(L．min)；0.03mol/L；9；

(2)化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，①CO减少的速率和CO2减少的速率相等，该反应的正逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，故正确；②根据图象知，该反应达到平衡状态时，c(CO2)=c(H2)=0.03mol/L，则c(CO)=c(H2O)=0.01mol/L，当CO、H2O、CO2、H2等浓度都相等时，该反应未达到平衡状态，故错误；③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化时，该反应达到平衡状态，故正确；④该条件下，可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等但不等于0，故错误；故选①③；

(3)如果一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H2O、0.1mol的CO2和0.1mol的H2，与开始时加入0.2mol CO和0.2mol H2O为等效平衡，则两种条件下，达到平衡状态时其水的物质的量浓度相等，所以达到平衡状态时，c(H2O)=═0.01mol/L，故答案为：0.01mol/L。

【考点定位】考查化学平衡的计算、化学平衡状态的判断

【名师点晴】本题考查了化学平衡状态的判断、平衡浓度的计算等知识点，明确可逆反应平衡状态的判断依据、反应速率的计算公式即可解答，正确理解等效平衡。注意反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，必须是同一物质的正逆反应速率相等；反应达到平衡状态时，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，此类试题中容易发生错误的情况往往有：平衡时浓度不变，不是表示浓度之间有特定的大小关系；正逆反应速率相等，不表示是数值大小相等；对于密度、相对分子质量等是否不变，要具体情况具体分析等。