Question

紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇?2H₂O）是重要的化工原料，工業(yè)上用鉻鐵礦（主要成分是FeO?Cr₂O₃）制備紅礬鈉的過程中會發(fā)生如下反應(yīng)4FeO+Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂?8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃（s）+8CO₂△H＜0
（1）請寫出上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=

 

．
（2）圖1、圖2表示上述反應(yīng)在t₁時達(dá)到平衡，在t₂時因改變某個條件而發(fā)生變化的曲線．
由圖1判斷，反應(yīng)進(jìn)行至t₂時，曲線發(fā)生變化的原因是

 

（用文字表達(dá)）；
由圖2判斷，t₂到t₃的曲線變化的原因可能是

 

（填寫序號）．
a．升高溫度       b．加了催化劑        c．通入O₂         d．縮小容器體積

（3）工業(yè)上可用上述反應(yīng)中的副產(chǎn)物CO₂來生產(chǎn)甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
①已知該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則圖象（圖3）正確的是

 

②在容積為2L的密閉容器 中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變得情況下，考查溫度對反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說法正確的是

 

（填序號）
A．溫度為T₁時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率：v（CH₃OH）=mol?L^-1?min^-1
B．該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的小
C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
D．處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時

n(H2)

n(CH3OH)

增大
③在T₁溫度時，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：

分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)K=

生成物濃度系數(shù)冪次方

反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方

，固態(tài)和純液體不列入；
（2）影響平衡移動的因素只有溫度、濃度、壓強(qiáng)，據(jù)圖1可知，CO₂濃度增大，O₂濃度減小，說明平衡正向移動；圖2中，t₂到t₃的曲線變化說明平衡沒有移動，只是反應(yīng)速率加快，據(jù)影響反應(yīng)速率的因素和平衡移動的因素分析；
（3）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）是熵減小的反應(yīng)，能夠自發(fā)進(jìn)行，必須是放熱反應(yīng)，據(jù)此分析；
②根據(jù)圖象中甲醇的變化來計算反應(yīng)速率，并利用圖象中時間與速率的關(guān)系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
③根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比來解答．

解答： 解：（1）化學(xué)平衡常數(shù)K=

生成物濃度系數(shù)冪次方

反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方

，反應(yīng)4FeO+Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂?8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃（s）+8CO₂的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

[CO2]8

[O2]7

，故答案為：

[CO2]8

[O2]7

；
（2）據(jù)圖1可知，CO₂濃度逐漸增大，O₂濃度逐漸減小，說明平衡正向移動，正反應(yīng)放熱，只能是降溫；圖2中，t₂到t₃的曲線變化說明平衡沒有移動，只是反應(yīng)速率加快，升溫平衡逆向移動，加入氧氣平衡正向移動，縮小容器體積平衡逆向移動，只能是加入了催化劑，故答案為：對平衡體系降溫；b；
（3）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）是熵減小的反應(yīng)，能夠自發(fā)進(jìn)行，必須是放熱反應(yīng)，
A、升溫平衡逆向移動，平衡常數(shù)隨溫度的升高而減小，故A正確；
B、升溫化學(xué)反應(yīng)速率加快，故B錯誤；
C、升溫平衡逆向移動，達(dá)平衡后再升溫，甲醇濃度減小，故C正確；
D、升溫平衡逆向移動，達(dá)平衡后再升溫，氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，故D錯誤；
故答案為：AC；
②根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大；
A、v（CH₃OH）=

nA 2L

tA

=

nA

2tA

mol/L?min，故A錯誤；
B、正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，故B錯誤；
C、依據(jù)圖象分析T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故C正確；
D、處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，達(dá)到平衡時，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故

n(H2)

n(CH3OH)

增大，故D正確；
故答案為：CD；
③由化學(xué)平衡的三段模式法計算可知，
    CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始 1         3        0         0
變化 a        3a        a         a
平衡 1-a     3-3a       a         a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為=

1-a+3-3a+a+a

1+3

=1-0.5a，故答案為：1-0.5a．

點(diǎn)評：本題結(jié)合圖象考查了化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式、影響平衡移動和化學(xué)反應(yīng)速率的因素、三段式法計算，題目難度較大，注意分析圖象．