Question

（1）減少污染、保護(hù)環(huán)境是全世界最熱門的課題．
CO在催化劑作用下可以與H₂反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
在密閉容器中充有10molCO與20molH₂，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．
①判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

（填序號(hào)）．
a． 生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等
b． 混合氣體的密度不變
c． 混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變
d． CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
②要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

（填序號(hào)）．
a．升溫               b．加入催化劑             c．增加CO的濃度
d．加入H₂加壓        e．加入惰性氣體加壓         f．分離出甲醇
③M、N兩點(diǎn)平衡狀態(tài)下，容器中總物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：n（M）_總：n（N）_總=

 

，容器體積之比為：V（M）：V（N）=

 

，
④若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為

 

．
（2）催化硝化法和電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染．
①催化硝化法中，用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時(shí)間后，溶液的堿性明顯增強(qiáng)．則該反應(yīng)離子方程式為

 

．
②電化學(xué)降解NO₃^-的原理如圖2所示，電源正極為

 

（填“a”或“b”）；若總反應(yīng)為4NO₃^-+4H⁺

通電  .

5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，則陰極反應(yīng)式為

 

．．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）壓強(qiáng)不變時(shí)，升高溫度，CO轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；溫度不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知P2＞P1；
①當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，同一物質(zhì)正逆反應(yīng)速率相等，且各物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、體積分?jǐn)?shù)等都不再改變；
②改變條件后能使該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)的就能增大CO轉(zhuǎn)化率，但增大CO濃度除外；
③M點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×50%=5mol，還剩余5molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為80%，參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×80%=8mol，還剩余2molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-8mol×2=4mol，生成n（CH₃OH）=8mol，據(jù)此計(jì)算其物質(zhì)的量之比；
相同溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)相等，據(jù)此計(jì)算兩個(gè)容器體積之比；
④化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時(shí)其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，其平衡常數(shù)減�。�
（2）①用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時(shí)間后，溶液的堿性明顯增強(qiáng)，說明該反應(yīng)中生成氫氧根離子；
②根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b為負(fù)極、a為正極，根據(jù)電池反應(yīng)式知，陰極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)夂退��?/div>

解答： 解：（1）壓強(qiáng)不變時(shí)，升高溫度，CO轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；溫度不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知P2＞P1；
①a． 無論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
b．物質(zhì)質(zhì)量不變、容器體積不變，所以混合氣體密度始終不變，所以不能據(jù)此判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量改變，所以其平均摩爾質(zhì)量改變，但反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變，所以能據(jù)此判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
d． CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選cd；
②a．升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則降低CO轉(zhuǎn)化率，故錯(cuò)誤；               
b．加入催化劑不影響平衡移動(dòng)，則CO轉(zhuǎn)化率不變，故錯(cuò)誤；             
c．增加CO的濃度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但CO轉(zhuǎn)化率降低，故錯(cuò)誤；
d．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，故正確；        
e．加入惰性氣體加壓，CO、氫氣和甲醇濃度不變，平衡不移動(dòng)，故錯(cuò)誤；         
f．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
故選df；
③M點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×50%=5mol，還剩余5molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為80%，參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×80%=8mol，還剩余2molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-8mol×2=4mol，生成n（CH₃OH）=8mol，所以容器中總物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：n（M）_總：n（N）_總=（5+10+5）mol：（2+4+8）mol=10：7；
相同溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)相等，設(shè)M點(diǎn)容器體積為aL、N點(diǎn)容器體積為bL，
M點(diǎn)時(shí)C（CO）=

5

a

mol/L、C（H₂）=

10

a

mol/L、n（CH₃OH）=

5

a

mol/L，
N點(diǎn)時(shí)C（CO）=

2

b

mol/L、C（H₂）=

4

b

mol/L、n（CH₃OH）=

8

b

mol/L，
根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)相等得

5 a

( 5 a )．( 10 a )2

=

8 b

( 2 b )．( 4 b )2

，a：b=5：1
故答案為：10：7；5：1；
④化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時(shí)其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，其平衡常數(shù)減小，根據(jù)圖象知，溫度：M=N＜Q，則若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為K_M=K_N＞K_Q，故答案為：K_M=K_N＞K_Q；
（2）①用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時(shí)間后，溶液的堿性明顯增強(qiáng)，說明該反應(yīng)中生成氫氧根離子，同時(shí)還生成水，所以反應(yīng)方程式為2NO₃^-+5H₂

催化劑  .

N₂+2OH^-+4H₂O，故答案為：2NO₃^-+5H₂

催化劑  .

N₂+2OH^-+4H₂O；
②根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b為負(fù)極、a為正極，根據(jù)電池反應(yīng)式知，陰極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，故答案為：a；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡及電解原理，知道化學(xué)平衡狀態(tài)判斷方法、溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系、外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響、電解原理等知識(shí)點(diǎn)分析解答即可，注意（1）③中根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算容器體積之比，注意：只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，題目難度中等．