Question

【題目】2013年9月以來，我國很多地區(qū)再大面積出現(xiàn)霧霾，特別是華中華北尤其嚴(yán)重，汽車尾氣、燃煤廢氣和冬季取暖排放的CO2等都是形成霧霾的原因。

Ⅰ．用于凈化汽車尾氣的反應(yīng)為：2NO（g）+2CO（g） 2CO2（g）+N2（g）△H＜0，在一定溫度下，如圖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(dá)到平衡狀態(tài)。

（1）能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是_______。

A．在單位時間內(nèi)生成1mol CO2的同時消耗了1mol 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(qiáng)不再變化

（2）在t2時刻將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t3時刻達(dá)到新的平衡狀態(tài)，之后不再改變條件．請?jiān)趫D中補(bǔ)充畫出從t2到t4時刻正反應(yīng)速率隨時間的變化曲線：___________

Ⅱ．使用石油熱裂解的副產(chǎn)物CH4來制取H2，其生產(chǎn)流程如圖1所示：

（3）此流程的第Ⅰ步反應(yīng)為：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),一定條件下CH4的平均轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示，則P1_____P2(填“>”、“<”或“=”),100℃時，將1molCH4(g)和2molH2O(g)通入容積為100L的恒容的密閉容器中，達(dá)到平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為0.5。此時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K____________ (寫出完整的計(jì)算過程)

（4）此流程的第Ⅱ步反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化情況如下表

溫度/℃	400	500	830
平衡常數(shù)K	10	9	1
溫度/℃	400	500	830
平衡常數(shù)K	10	9	1

從表上可以推斷該反應(yīng)是___________（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，若反應(yīng)在500℃時進(jìn)行，設(shè)CO(g)和H2O(g)的起始濃度均為0.020mol/L,在該條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為________；

（5）圖3表反應(yīng)Ⅱ在t1時達(dá)到平衡，在t2時因改變某個條件引起濃度變化的情況，圖中t2時改變的條件是降低溫度或________________（寫一種）

Answer 1

【答案】 CD < 2.25×10-4 放熱 75% 增加水蒸汽、或減少氫氣的量

【解析】Ⅰ．(1)A．在單位時間內(nèi)生成1mol CO2是正反應(yīng)，同時消耗了1mol CO也是正反應(yīng)，故A錯誤；B．密度=，總質(zhì)量不變，體積也不變，故混合氣體的密度始終不變，不能作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故B錯誤；C．平均分子量=，總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量發(fā)生變化，故混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；D．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不等，故混合氣體的壓強(qiáng)不再變化可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D正確；故答案為：CD；

(2)在t2時刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來的2倍，則正逆反應(yīng)速率均減小，但平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正確的圖象應(yīng)該是，故答案為：；

Ⅱ．(3)由圖可知溫度相同，到達(dá)平衡時，壓強(qiáng)為P1的CH4轉(zhuǎn)化率高，說明平衡向正反應(yīng)方向移動。該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，要使平衡向正反應(yīng)方向移動，需要減小壓強(qiáng)，因此P1＜P2；100℃時，將1molCH4和2molH2O通入容積為100L的恒容密閉容器中，達(dá)到平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為0.5，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始量(mol/L) 0.01 0.02 0 0

變化量(mol/L) 0.005 0.005 0.005 0.015

平衡量(mol/L) 0.005 0.015 0.005 0.015

平衡常數(shù)K===2.25×10-4(mol/L)2；故答案為：＜；2.25×10-4；

(4)分析圖表數(shù)據(jù)可知平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；若在500℃時進(jìn)行，平衡常數(shù)為9，假設(shè)起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020mol/L，一氧化碳消耗物質(zhì)的量濃度為x，

CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，

起始量(mol) 0.020.02 0 0

變化量(mol) xx x x

平衡量(mmol)0.02-x 0.02-x x x

K==9，x=0.015mol/L，CO的轉(zhuǎn)化率=×100%=75%，故答案為：75%；

(5)根據(jù)上述分析，CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，在t2時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，說明平衡正向移動，可以降低溫度，或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量等，均可以實(shí)現(xiàn)平衡正向移動，故答案為：增加水蒸汽的量或減少氫氣的量。