Question

2013年霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)．其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：
2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．
①對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（PB）代替物質(zhì)的量濃度（CB）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_P），則該反應(yīng)的K_P=

 

．
②該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)的△H

 

 0．（選填“＞”、“＜”）
③在某一絕熱、恒容的密閉容器中充入一定量的NO、CO發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得正反應(yīng)的速率隨時(shí)間變化的曲線如圖甲所示（已知：t₂-t_l=t₃-t₂）．則下列說(shuō)法不正確的是

 

．（填編號(hào)）
A．反應(yīng)在c點(diǎn)未達(dá)到平衡狀態(tài)
B．反應(yīng)速率a點(diǎn)小于b點(diǎn)
C．反應(yīng)物濃度a點(diǎn)大于b點(diǎn)
D．NO的轉(zhuǎn)化率：t_l～t₂＞t₂～t₃
（2）煤的綜合利用、使用清潔能源等有利于減少環(huán)境污染．合成氨工業(yè)原料氣的來(lái)源之一水煤氣法，在催化劑存在條件下有下列反應(yīng)：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+h₂（g）△H₁
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₃
①△H₃和△H₁、△H₂的關(guān)系為△H₃=

 

．
②在恒溫條件下，將1mol CO和1mol H₂O（g）充入某固定容積的反應(yīng)容器，達(dá)到平衡時(shí)有50%的CO轉(zhuǎn)化為CO₂．在t_l時(shí)保持溫度不變，再充入1mol H₂O（g），請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出t_l時(shí)刻后H₂的體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)曲線．
③甲醇汽油可’以減少汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染．某化工廠用水煤氣為原料合成甲醇，恒溫條件下，在體積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），到達(dá)平衡時(shí)，測(cè)得CO、H₂、CH₃OH分別為1mol、1mol、1mol，容器的體積為3L，現(xiàn)往容器中繼續(xù)通人3mol CO，此時(shí)v（正）

 

  v（逆）（選填‘‘＞”、“＜’’或“=”），判斷的理由

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象的綜合應(yīng)用

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
②將化學(xué)平衡常數(shù)中的濃度c換成壓強(qiáng)P就可以得到K_P；
③c點(diǎn)反應(yīng)速率還再變化，而不是固定不變，只有不再隨時(shí)間的變化而變化，才是平衡狀態(tài)；經(jīng)分析該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)剛開始時(shí)溫度升高對(duì)正反應(yīng)速率的影響大于濃度減小對(duì)正反應(yīng)速率的影響，所以圖象開始階段反應(yīng)速率逐漸增大；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度逐漸減��；NO的轉(zhuǎn)化量，看t_l～t₂段＜t₂～t₃段的斜率大小判斷．
（2）①根據(jù)蓋斯定律可知△H₃=△H₁+△H₂；
②圖象的起點(diǎn)為

1

6

，終點(diǎn)為

2

9

；
（3）該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù) k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

1 3

1 3 ×( 1 3 )2

=9； 往容器中繼續(xù)通人3mol CO后，容器的體積變?yōu)?L，Q=

1 6

4 6 ×( 1 6 )2

=9=k，故平衡不移動(dòng)，v（正）=v（逆）．

解答： 解：（1）①2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g），對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（p_B）代替物質(zhì)的量濃度也可以表示平衡常數(shù)（記作K_p），反應(yīng)的平衡常數(shù)=

P2(CO2)P(N2)

P2(NO)P2(CO)

；②由熱化學(xué)反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)為熵減小過(guò)程，即△S＞0，要使反應(yīng)在低溫下能夠自發(fā)進(jìn)行，必須滿足△G=△H-T△S＜0，可知反應(yīng)放熱△H＜0，
故答案為：＜；
③A．根據(jù)圖象可知c點(diǎn)反應(yīng)速率還再變化，因此不是平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應(yīng)剛開始時(shí)溫度升高對(duì)正反應(yīng)速率的影響大于濃度減小對(duì)正反應(yīng)速率的影響，開始階段反應(yīng)速率逐漸增大，反應(yīng)速率a點(diǎn)小于b點(diǎn)，故B正確；
C．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度逐漸減小，所以a點(diǎn)反應(yīng)物的濃度大于b點(diǎn)，故C正確；
D．根據(jù)曲線的斜率：t_l～t₂段＜t₂～t₃段，可知t₂～t₃段反應(yīng)速率快，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大，故D錯(cuò)誤．
故答案為：D；
（2）下列反應(yīng)：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+h₂（g）△H₁
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₃
①根據(jù)蓋斯定律可知△H₃=△H₁+△H₂，故答案為△H₁+△H₂；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量 1        1       0       0
轉(zhuǎn)化量 0.5     0.5     0.5     0.5
平衡量 0.5     0.5     0.5     0.5
平衡常數(shù)k=1；
有50%的CO轉(zhuǎn)化為CO₂；則n（H₂）=n（CO）_{轉(zhuǎn)化}=0.5mol，剛充入1mol H₂O時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)為

0.5

3

=

1

6

；
但是平衡向右移動(dòng)，設(shè)達(dá)新平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為x，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
2       1       0       0
x       x       x       x
2-x    1-x      x       x
k=

x2

(2-x)(1-x)

=1 
x=

2

3

新平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)為

2 3

3

=

2

9

；
故圖象的起點(diǎn)為

1

6

，終點(diǎn)為

2

9

；t_l時(shí)刻后H₂的體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)曲線為，
故答案為：；
（3）該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù) k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

1 3

1 3 ×( 1 3 )2

=9；往容器中繼續(xù)通人3mol CO后，容器的體積變?yōu)?L，Q=

1 6

4 6 ×( 1 6 )2

=9=k，故平衡不移動(dòng)，v（正）=v（逆），故答案為：=； 往容器中繼續(xù)通人3mol CO后，容器的體積變?yōu)?L，Q=

1 6

4 6 ×( 1 6 )2

=9=k，故平衡不移動(dòng)，v（正）=v（逆）．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律求焓變、化學(xué)平衡影響因素，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡常數(shù)概念計(jì)算應(yīng)用，注意平衡的條件分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．