Question

2013年9月，中國華北華中地區(qū)發(fā)生了嚴重的霧霆天氣，北京、河北、河南等地的空氣污染升為6級空氣污染，屬于重度污染。汽車尾氣、燃煤廢氣、冬季取暖排放的CO₂等都是霧履形成的原因。
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為;2NO(g)＋2CO(g)N₂（g)＋2CO₂（g)　 △H＜0，在一定溫度下，在一體積固定的密閉容器中充入一定量的NO和CO在t₁時刻達到平衡狀態(tài)。
①能判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志是＿＿＿＿。

A．在單位時問內(nèi)生成1mol CO2的同時消耗了lmol CO

B．混合氣體的密度不再改變

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變

D．混合氣體的壓強不再變化

②在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時刻達到新的平衡狀態(tài)，之后不再改變條件。請在右圖中補充畫出從t₂到t₄時刻正反應速率隨時間的變化曲線：

③若要同時提高該反應的速率和NO的轉化率，采取的措施有_____、____。（寫出2個）
(2）改變煤的利用方式可減少環(huán)境污染，通常可將水蒸氣通過紅熱的碳得到水煤氣，其反應原理為C(s)＋H₂O(g)CO(g)＋H₂(g) △H＝+131.3kJ/mol。
①該反應在___下能自發(fā)進行（填“高溫”或“低溫”）。
②煤氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H₂S可用足量的Na₂C0₃溶液吸收，該反應的離子方程式為____。（已知：H₂S： K_a1＝9.1×10^-8；K_a2＝1.1×10^-12。H₂CO₃：K_a1＝4.30×10^-7；K_a2＝5.61×10^-11）
(3）已知反應：CO(g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g），現(xiàn)將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通人到體積為2L的恒容密閉容器中進行反應，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

 
①實驗1條件下平衡常數(shù)K＝______（保留小數(shù)點后二位）。
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關系是______。
③該反應的△H ______0(填“＜”或“＞”）；若在900⁰C時，另做一組實驗，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H₂O,2mo1 CO₂,5mol H₂，則此時υ_正______υ_逆（填“＜”，“＞”，“＝”）。

Answer 1

（1）①CD（2分） ②（2分）
③增大壓強、向容器中再充入CO氣體（2分）
（2）①高溫（1分）②CO₃^2-+H₂S＝HCO₃^-+HS^-
（3）①2.67（2分） ②a＜b（2分） ③＜（1分）；＜（2分）

試題分析：（1）①在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)，則A、在單位時問內(nèi)生成1mol CO₂的同時消耗了lmol CO，二者的反應方向是一致的，在任何條件下均成立，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，A不正確；B、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，因此混合氣體的密度不再改變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，B不正確；C、混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變可以說明反應達到平衡狀態(tài)，C正確；D、正方應是體積減小的可逆反應，即壓強是減小的，因此混合氣體的壓強不再變化可以說明反應達到平衡狀態(tài)，D正確，答案選CD。
②t₂時刻是平衡狀態(tài)，此時將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，壓強降低，正逆反應速率均瞬間降低，平衡向逆反應方向移動，因此在其他條件不變的情況下，其圖像可以表示為。
③若要同時提高該反應的速率和NO的轉化率，則平衡必須向正反應方向移動。由于正方應是體積減小的放熱的可逆反應，因此采取的措施有增大壓強、向容器中再充入CO氣體。
（2）①由熱化學反應方程式可知，該反應為焓增、熵增過程，即△H＞0、△S＞0，必須滿足△G=△H-T△S＜0反應才能自發(fā)進行，所以在高溫下能夠自發(fā)進行。
②由于K_a2＝5.61×10^-11＜K_a1＝9.1×10^-8＜K_a1＝4.30×10^-7、K_a2＝5.61×10^-11＞K_a2＝1.1×10^-12，所以氫硫酸能夠與碳酸鈉溶液反應生成碳酸氫鈉和硫氫化鈉，反應的離子方程式為：CO₃^2-+H₂S＝HCO₃^-+HS^-。
(3)①     H₂O（g）+CO（g）CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   1mol/L   2mol/L         0          0
轉化濃度  0.8mol/L   0.8mol/l     0.8mol/l  0.8mol/l
平衡濃度 0.2mol/L  1.2mol/L     0.8mol/l  0.8mol/l
所以平衡常數(shù)K＝＝2.67
②增大水蒸氣的濃度可以提高CO的轉化率，因此實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關系是a＜b。
③根據(jù)表中1、2數(shù)據(jù)可知，實驗1中CO的轉化率為×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，則該反應的△H＜ 0；實驗2條件下平衡常數(shù)，需要列式計算平衡濃度
H₂O（g）+CO（g）CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   0.5mol/L   1mol/L         0          0
轉化濃度  0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l  0.2mol/l
平衡濃度 0.3mol/L  0.8mol/L     0.2mol/l  0.2mol/l
則K==0.17
若在900⁰C時，另做一組實驗，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H₂O,2mo1 CO₂,5mol H₂，則此時＝0.2＞0.17，這說明反應在向逆反應方向進行，因此υ_正＜υ_逆。