题目
器 0.50-|||-0.15-|||-0.05 c-|||-T0 T1 →增大-|||-温度T水煤气是H2的主要来源。研究CaO对C—H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下：C（s）+H2O（g）⇌CO（g）+H2（g） （Ⅰ） ΔH1＞0CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g） （Ⅱ） ΔH2＜0CaO（s）+CO2（g）⇌CaCO3（s） （Ⅲ） ΔH3＜0回答下列问题：（1）C（s）+CaO（s）+2H2O（g）⇌CaCO3（s）+2H2（g）的焓变ΔH= ____ （用代数式表示）。（2）压力p下，C—H2O—CaO体系达平衡后，图示温度范围内C（s）已完全反应。CaCO3（s）在T1温度时完全分解，气相中CO、CO2和H2摩尔分数温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为 ____ （填化学式）。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是 ____ 。（3）压力p下，温度为T0时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则反应CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）的平衡常数Kp= ____ ；此时气体总物质的量为4.0mol。则CaCO3（s）的物质的量为 ____ mol；若向平衡体系中通入少量CO2（g），重新达平衡后，分压p（CO2）将 ____ （填“增大”“减小”或“不变”），p（CO）将 ____ （填“增大”“减小”或“不变”）。
水煤气是H2的主要来源。研究CaO对C—H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下：C（s）+H2O（g）⇌CO（g）+H2（g） （Ⅰ） ΔH1＞0
CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g） （Ⅱ） ΔH2＜0
CaO（s）+CO2（g）⇌CaCO3（s） （Ⅲ） ΔH3＜0
回答下列问题：
（1）C（s）+CaO（s）+2H2O（g）⇌CaCO3（s）+2H2（g）的焓变ΔH= ____ （用代数式表示）。
（2）压力p下，C—H2O—CaO体系达平衡后，图示温度范围内C（s）已完全反应。CaCO3（s）在T1温度时完全分解，气相中CO、CO2和H2摩尔分数温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为 ____ （填化学式）。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是 ____ 。
（3）压力p下，温度为T0时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则反应CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）的平衡常数Kp= ____ ；此时气体总物质的量为4.0mol。则CaCO3（s）的物质的量为 ____ mol；若向平衡体系中通入少量CO2（g），重新达平衡后，分压p（CO2）将 ____ （填“增大”“减小”或“不变”），p（CO）将 ____ （填“增大”“减小”或“不变”）。
题目解答
答案
（1）根据题意有反应Ⅰ：C（s）+H2O（g）⇌CO（g）+H2（g） ΔH1＞0，反应Ⅱ：CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g） ΔH2＜0，反应Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）⇌CaCO3（s） ΔH3＜0，根据盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得反应：C（s）+CaO（s）+2H2O（g）⇌CaCO3（s）+2H2（g）ΔH，则ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3，
故答案为：ΔH1+ΔH2+ΔH3；
（2）图示温度范围内C（s）已完全反应，则反应Ⅰ已经完全进行，反应Ⅱ和Ⅲ全为放热反应，从开始到T1，温度不断升高，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，依据反应Ⅱ，H2量减小，摩尔分数减小，CO量升高，摩尔分数升高，且两者的摩尔分数相同，所以a线对应H2的摩尔分数，c线对应CO2的摩尔分数，从开始到T1，CO2的摩尔分数升高，反应占主导，当温度高于T1时，CaCO3（s）已完全分解，只发生反应Ⅱ，所以CO2的摩尔分数减小，
故答案为：H2；当温度高于T1时，CaCO3（s）已完全分解，只发生反应Ⅱ，所以CO2的摩尔分数减小；
（3）压力p下，温度为T0时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则反应CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）的平衡常数Kp=$\frac{p（C{O}_{2}）p（{H}_{2}）}{p（CO）p（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.05p×0.5p}{0.15p×0.3p}$=$\frac{5}{9}$，设起始状态有1mol C（s），xmol H2O，反应Ⅰ完全进行，则有三段式：
C（s）+H2O（g）⇌CO（g）+H2（g）
起始量（mol） 1 x 0 0
变化量（mol） 1 1 1 1
平衡量（mol） 0 x-1 1 1
CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）
变化量（mol） a a a a
CaO（s）+CO2（g）⇌CaCO3（s）
变化量（mol） b b
根据平衡时，H2、CO、CO2摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则有：$\frac{1+a}{x+1-b}$=0.5、$\frac{1-a}{x+1-b}$=0.15、$\frac{a-b}{x+1-b}$=0.05，解得：x=$\frac{32}{13}$，a=$\frac{7}{13}$，b=$\frac{5}{13}$，则n（总）=x+1-b=$\frac{32}{13}+1-\frac{5}{13}$=$\frac{40}{13}$，由于平衡时，n（总）=4mol,则$\frac{40}{13}y$=4，y=$\frac{13}{10}$，则n（CaCO3）=b×y=$\frac{5}{13}×\frac{13}{10}$=0.5，若向平衡体系中通入少量CO2（g），重新达平衡后，反应CaO（s）+CO2（g）⇌CaCO3（s）的Kp=$\frac{1}{p（C{O}_{2}）}$，温度不变，Kp变，分压p（CO2）将 不变，则反应Ⅱ的Kp也不变，p（CO）也不会改变，
故答案为：$\frac{5}{9}$；0.5；不变；不变。
故答案为：ΔH1+ΔH2+ΔH3；
（2）图示温度范围内C（s）已完全反应，则反应Ⅰ已经完全进行，反应Ⅱ和Ⅲ全为放热反应，从开始到T1，温度不断升高，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，依据反应Ⅱ，H2量减小，摩尔分数减小，CO量升高，摩尔分数升高，且两者的摩尔分数相同，所以a线对应H2的摩尔分数，c线对应CO2的摩尔分数，从开始到T1，CO2的摩尔分数升高，反应占主导，当温度高于T1时，CaCO3（s）已完全分解，只发生反应Ⅱ，所以CO2的摩尔分数减小，
故答案为：H2；当温度高于T1时，CaCO3（s）已完全分解，只发生反应Ⅱ，所以CO2的摩尔分数减小；
（3）压力p下，温度为T0时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则反应CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）的平衡常数Kp=$\frac{p（C{O}_{2}）p（{H}_{2}）}{p（CO）p（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.05p×0.5p}{0.15p×0.3p}$=$\frac{5}{9}$，设起始状态有1mol C（s），xmol H2O，反应Ⅰ完全进行，则有三段式：
C（s）+H2O（g）⇌CO（g）+H2（g）
起始量（mol） 1 x 0 0
变化量（mol） 1 1 1 1
平衡量（mol） 0 x-1 1 1
CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）
变化量（mol） a a a a
CaO（s）+CO2（g）⇌CaCO3（s）
变化量（mol） b b
根据平衡时，H2、CO、CO2摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则有：$\frac{1+a}{x+1-b}$=0.5、$\frac{1-a}{x+1-b}$=0.15、$\frac{a-b}{x+1-b}$=0.05，解得：x=$\frac{32}{13}$，a=$\frac{7}{13}$，b=$\frac{5}{13}$，则n（总）=x+1-b=$\frac{32}{13}+1-\frac{5}{13}$=$\frac{40}{13}$，由于平衡时，n（总）=4mol,则$\frac{40}{13}y$=4，y=$\frac{13}{10}$，则n（CaCO3）=b×y=$\frac{5}{13}×\frac{13}{10}$=0.5，若向平衡体系中通入少量CO2（g），重新达平衡后，反应CaO（s）+CO2（g）⇌CaCO3（s）的Kp=$\frac{1}{p（C{O}_{2}）}$，温度不变，Kp变，分压p（CO2）将 不变，则反应Ⅱ的Kp也不变，p（CO）也不会改变，
故答案为：$\frac{5}{9}$；0.5；不变；不变。
解析
- 反应叠加与盖斯定律：第（1）题需将三个已知反应相加，得到目标反应的焓变ΔH，关键在于正确组合反应式并累加焓变。
- 平衡移动与图像分析：第（2）题需结合温度对放热反应的影响，分析各物质摩尔分数变化趋势，明确不同温度区间主导反应。
- 平衡常数计算与勒沙特列原理：第（3）题需利用分压计算平衡常数，通过物料守恒和平衡关系求解物质的量，判断外界干扰对平衡的影响。
第（1）题
目标反应：
$\text{C（s）} + \text{CaO（s）} + 2\text{H}_2\text{O（g）} \rightleftharpoons \text{CaCO}_3（s） + 2\text{H}_2（g）$
反应叠加：
将反应（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）相加：
- 反应（Ⅰ）+（Ⅱ）：$\text{C（s）} + 2\text{H}_2\text{O（g）} \rightleftharpoons \text{CO}_2（g） + 2\text{H}_2（g）$
- 加反应（Ⅲ）：$\text{CaO（s）} + \text{CO}_2（g） \rightleftharpoons \text{CaCO}_3（s）$
总焓变：
$\Delta H = \Delta H_1 + \Delta H_2 + \Delta H_3$
第（2）题
第一空
关键分析：
- 在温度$T_0$到$T_1$范围内，反应（Ⅱ）和（Ⅲ）逆向进行，导致$\text{H}_2$摩尔分数下降，$\text{CO}$上升。
- 图中$a$线与$\text{CO}$变化趋势一致，对应$\text{CO}$；$c$线对应$\text{CO}_2$（因反应（Ⅲ）正向占优）。
第二空
原因：
当温度高于$T_1$时，$\text{CaCO}_3$完全分解，仅反应（Ⅱ）进行，$\text{CO}_2$被消耗，摩尔分数降低。
第（3）题
平衡常数$K_p$
分压计算：
$K_p = \frac{p(\text{CO}_2)p(\text{H}_2)}{p(\text{CO})p(\text{H}_2\text{O})} = \frac{0.05p \cdot 0.5p}{0.15p \cdot 0.3p} = \frac{5}{9}$
$\text{CaCO}_3$的物质的量
三段式分析：
设初始$\text{H}_2\text{O}$为$x$ mol，通过平衡关系解得总物质的量为$\frac{40}{13}y = 4$ mol，得$y = \frac{13}{10}$。
$\text{CaCO}_3$的物质的量为$b \cdot y = 0.5$ mol。
干扰分析
通入$\text{CO}_2$的影响：
- 反应（Ⅲ）平衡右移，$\text{CO}_2$分压不变（因$K_p$固定）。
- 反应（Ⅱ）中$\text{CO}_2$增加，$\text{CO}$分压不变（$K_p$不变）。