Question

高中化学题求解

某温度下H2+CO2=H2O+CO的平衡常数K=9/4，该温度下在甲乙丙三个恒容密闭容器中，投入H2和CO2其起始浓度如下 ： 起始浓度 甲 乙 丙
C（H2） 0.010 0.020 0.020
C（CO2）0.010 0.010 0.020
A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%
B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60％
C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol/L
D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
求详解

Answer 1

由于H2+CO2=H2O+CO中，H2和CO2的系数都是1，所以，H2和CO2都相同。
一般情况下，平衡常数只与温度有关，与浓度无关（浓度与反应速度有关）。
因此，乙容器的平衡常数仍然为K=9/4。

以甲容器为例来分析，K=C（H2O）*C（CO）/ C（H2）*C（CO2）=9/4.
假设CO2的转化率为x，那么H2的转化率也为x。
H2和CO2 的浓度都是减少了x*0.01，剩余0.01（1-x），
H2O和CO的浓度是x*0.01。
(x*0.01)*(x*0.01) / 0.01（1-x）* 0.01（1-x） = 9/4
x*x / (1-x)*(1-x) = 9/4
x/(1-x)= 3/2
2x=3-3x
5x=3,x=0.6
因此，甲中和丙中H2的转化率均是60％，选B

而对于乙，H2和CO2 的浓度都是减少了x*0.01，H2剩余0.01（1-x），而CO2 剩余0.02-0.01x
(x*0.01)*(x*0.01) / 0.01（1-x）* 0.01（2-x）= 9/4
显然，x肯定小于60%。
实际上，用勒夏特列定理也可以推出，反应物增加，平衡向左移动，转化率应该下降。所以，A是错的。
由于丙的转化率也是60%，而丙的CO2应该剩余0.02*（1-0.6）=0.08，所以C是错的；

反应开始时，丙中的反应物浓度最高，所以反应速率最快；甲中的反应物浓度最低，所以反应速率最慢。所以，D是对的。

最后，选择BD！

Answer 2

       H2 + CO2 = H2O + CO

 起始浓度    甲       乙       丙
 C（H2） 0.010  0.020  0.020

C（CO2）0.010  0.010  0.020

 

甲和丙等效平衡，H2和CO2转化率一样，计算一个就可以了，我们算甲的

           H2  +  CO2  =  H2O  +  CO
起始   0.01      0.01         0          0
转化     X           X            X          X
平衡 0.01-X   0.01-X       X          X
K = X＾2/[(0.01-X)(0.01-X)] = 9/4

解得：X=0.006

H2转化率=CO2转化率=0.006/0.01=60％

 

A，乙实际上就是在甲的基础上增加H2浓度，平衡要正移，CO2转化率要增加，大于60％，正确

B，根据上面计算，正确

C，丙中CO2转化率=60％，CO2浓度=0.02×(1-60％)=0.008mol/L，错误

D，丙中反应物的浓度最大，反应速率最快，甲中反应物浓度最小，反应速率最慢，正确

 

 

追问

那能不能计算出A选项转化率大小？A选项中CO2转化率根据公式来算，分子不变，分母变大不是转化率变小吗？CO2浓度=0.02×(1-60％)=0.008mol/L怎么算的？

追答

那能不能计算出A选项转化率大小？

            H2  +  CO2  =  H2O  +  CO
起始   0.02      0.01         0          0
转化     X           X            X         X
平衡 0.02-X   0.01-X      X         X
K = X＾2/[(0.02-X)(0.01-X)] = 9/4

解得：X=0.008

CO2转化率=0.008/0.01=80％

 

A选项中CO2转化率根据公式来算，分子不变，分母变大不是转化率变小吗？

你仔细看看，是这样的吗？

K1 = X＾2/[(0.01-X1)(0.01-X1)] = 9/4

K2 = X＾2/[(0.02-X2)(0.01-X2)] = 9/4

这里很明显可以看出X2>X1

 

CO2浓度=0.02×(1-60％)=0.008mol/L怎么算的？

因为体积始终不变

CO2浓度=起始浓度-反应浓度=0.02-0.02×60％=0.008mol/L