Question

【題目】Ⅰ．甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡 常數(shù)	溫度/℃
		500	800
①2H2（g）＋CO（g）CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）＋CO2（g）H2O（g）＋CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）＋CO2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）	K3

（1） 據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝________（用K1、K2表示）。500 ℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻，H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O（g）的濃度（mol·L－1）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時(shí)v正__________v逆（填“>”、“＝”或“<”）。

（2） 對(duì)于反應(yīng)③，在相同溫度和容積不變時(shí)，能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是

A．n（CO2）∶n（H2）∶n（CH3OH）∶n（H2O）＝1∶3∶1∶1

B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

C．H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3∶1

D．容器內(nèi)的密度保持不變

Ⅱ．超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層�？茖W(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2,化學(xué)方程式如下：2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）ΔH<0

為了測(cè)定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如表：

時(shí)間（s）	0	1	2	3	4	5
c（NO）（mol/L）	1.00×10－3	4.50×10－ 4	2.50×10－ 4	1.50×10－ 4	1.00×10－ 4	1.00×10－ 4
c（CO）（mol/L）	3.60×10－ 3	3.05×10－ 3	2.85×10－ 3	2.75×10－ 3	2.70×10－ 3	2.70×10－ 3

請(qǐng)回答下列問題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響）：

（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（N2）＝ ，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為____________。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

（2）寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式________________。

（3）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是 。

A．選用更有效的催化劑 B．升高反應(yīng)體系的溫度

C．降低反應(yīng)體系的溫度 D．縮小容器的體積

（4）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中。

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	T（℃）	NO初始濃度 （mol/L）	CO初始濃度 （mol/L）	催化劑的比表面積（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10－3	5.80×10－3	82
Ⅱ	280	1.20×10－3	5.80×10－3	124
Ⅲ	350	1.20×10－3	5.80×10－3	124

①以上三組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖莀______________________。

②請(qǐng)?jiān)诮o出的坐標(biāo)圖中，畫出上表中的第三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線圖。

Answer 1

【答案】Ⅰ.（1）K1·K2（2分）>（2分）（2）BC

Ⅱ（1）1.9×10_4mol·L_1·s_1；25%（2分）

（2）K＝（2分）（3）CD

（4）①分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律（2分）

②如下圖：（3分）

【解析】

試題分析：Ⅰ．（1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式，K1=c（CH3OH）/[c（CO）×c2（H2）]，K2 = c（CO） × c（H2O） /[c（H2） × c（CO2）] ，K3=c（H2O） × c（CH3OH） /[c3（H2） × c（CO2）]，因此K3=K1×K2，代入數(shù)值，500℃K3=2.5×1.0=2.5，此時(shí)的濃度商，Qc=0.3×0.15/（0.83×0.1）≈0.88＜2.5，說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即v正＞v逆；（2）I變成II，反應(yīng)速率加快，但是達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度相等，說明改變的條件只能加快反應(yīng)速率，但對(duì)平衡無影響，因此改變的是催化劑；I變?yōu)镮II，反應(yīng)速率加快，CO濃度增大，改變的條件：將容器的體積（快速）壓縮至2 L；II.

（2）A．n（CO2）∶n（H2）∶n（CH3OH）∶n（H2O）＝1∶3∶1∶1時(shí)，反應(yīng)可能處于平衡狀態(tài)，也可能未處于平衡狀態(tài)，這與反應(yīng)條件及加入的物質(zhì)的多少有關(guān)，A錯(cuò)誤；B．正反應(yīng)是體積減小的可逆反應(yīng)，則容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變可以說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C．H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3∶1，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；D．由于溫度和體積保持不變，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，所以在任何時(shí)刻都存在混合氣體的密度保持不變，故不能據(jù)此判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；答案選BC；

Ⅱ.（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（NO）＝＝3.75×10-4mol/（Ls），則υ（N2）＝1.9×10-4mol/（Ls）；CO的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%＝25%；

（2）根據(jù)2NO（g）+2CO （g）2CO2（g）+N2（g）可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K＝；

（3）A．由于催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，所以無論選用何種催化劑，平衡不發(fā)生移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率不變，A錯(cuò)誤；B．由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高反應(yīng)體系的溫度，化學(xué)平衡向吸熱是逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以NO轉(zhuǎn)化率降低，B錯(cuò)誤；C． 由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理：降低反應(yīng)體系的溫度，化學(xué)平衡向放熱的正反應(yīng)方向移動(dòng)， NO轉(zhuǎn)化率提高，C正確；D．該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，縮小容器的體積，使體系的壓強(qiáng)增大，化學(xué)平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以NO轉(zhuǎn)化率提高，D正確。故可以通過NO轉(zhuǎn)化率的是C、D；

（4）①因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來驗(yàn)證催化劑比表面積對(duì)速率的影響；因此實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榉謩e驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律；

②因Ⅰ、Ⅱ溫度相同，催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無影響，則平衡不移動(dòng)，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達(dá)到化學(xué)平衡，Ⅱ、Ⅲ的比表面積相同，溫度不同，Ⅲ的溫度高反應(yīng)速率快，則Ⅲ先達(dá)到化學(xué)平衡，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NO的平衡濃度大于Ⅱ，因此Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線圖為。