Question

【题目】氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能，高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应有：

Ⅰ．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　K1；

Ⅱ．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　K2；

Ⅲ．CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)　K3；

燃烧炉中涉及的反应为

Ⅳ．C(s)＋O2(g)===CO2；

Ⅴ．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)。

（1）该工艺制H2总反应可表示为C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)，其反应的平衡常数K＝_______________(用K1、K2、K3的代数式表示)。

（2）在一容积可变的密闭容器中进行反应Ⅰ，恒温恒压条件下，向其中加入1.0mol炭和1.0mol水蒸气（H216O），达到平衡时，容器的体积变为原来的1.25倍，平衡时水蒸气的平衡转化率为________；向该容器中补充a mol炭，水蒸气的转化率将________（填“增大”、“减小”或“不变”），再补充a mol水蒸气（H218O），最终容器中C16O和C18O的物质的量之比为__________。

（3）已知反应Ⅱ的ΔH＝－41.1 kJ/mol，C≡O 、O—H、H—H键的键能分别为1072.9 kJ/mol，464 kJ/mol、436 kJ/mol，则C＝O的键能为________ kJ/mol。

（4）对于反应Ⅲ，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，则平衡________移动(填“向右”、“向左”或“不”)；当重新平衡后，CO2浓度________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

Answer 1

【答案】 K1·K2·K3 25% 不变 1：a 803 正向 不变

【解析】（1）根据盖斯定律分析，反应为反应Ⅰ+反应Ⅱ+反应Ⅲ，所以平衡常数K= K1·K2·K3，故答案为： K1·K2·K3 ；(2). 假设水蒸气的消耗的物质的量为xmol，则有

C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)

起始物质的量1 1 0 0

改变的物质的量x x x x

平衡时物质的量 1-x 1-x x x

根据信息有恒温恒压条件下体积比等于气体总物质的量比，即（1-x+x+x）/1=1.25，解x=0.25mol，则水蒸气的转化率=0.25/1=25%，向体系中加入碳，因为碳为固体，不影响平衡，再补充a mol水蒸气（H218O），则平衡正向移动，因为反应物中16O和18O的比例为1：a，则生成物中二者的比例也为1：a，所以最终容器中C16O和C18O的物质的量之比1：a，故答案为：25%；不变；1：a；(3).根据反应热=反应物的键能总和-生成物的键能总和分析，有-41.1=1072.9+464×2-x-436，解x=803 kJ/mol,，故答案为：803； (4). 对于反应Ⅲ，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，则平衡正向移动，因为温度不变 ，平衡常数不变，所以平衡时二氧化碳的浓度不变，故答案为：正向；不变。