Question

7．汽車(chē)尾氣和燃煤造成空氣污染．

（1）CO₂是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO₂是解決溫室效應(yīng)的有效途徑．目前，由CO₂來(lái)合成二甲醚已取得了較大的進(jìn)展，其化學(xué)反應(yīng)是：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=+QkJ/mol
①反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系如表：

溫度/℃	700	800	830	1000	1200
平衡常數(shù)	0.4	0.6	1.0	1.1	1.7

寫(xiě)出該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
向一個(gè)10L的密閉容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃時(shí)測(cè)得H2為lmol，此時(shí)V （正）＜V （逆）：（選填“＞”、“＜”）
②判斷該反應(yīng)在一定溫度下，體積恒定的密閉容器中達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是BCE．
A．容器中密度不變
B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
C．平均摩爾質(zhì)量保持不變
D．v（CO₂）：v（H₂）=1：3
E．單位時(shí)間內(nèi)消耗2mol CO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚
F．△H不變
（2）汽車(chē)尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線(xiàn)，如圖1所示．
①在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）；
②當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在上圖中畫(huà)出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化趨勢(shì)曲線(xiàn)．
（3）工業(yè)上用CO和H₂合成 CH₃OH：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
①現(xiàn)在容積均為1L的a、b、c三個(gè)密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H₂的混合氣體，控制溫度進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖2所示．下列說(shuō)法正確的是c
a．正反應(yīng)的△H＞0
b．反應(yīng)進(jìn)行到5min時(shí)，b容器中v正=v逆
c．減壓可使甲醇的含量由b點(diǎn)變成c點(diǎn)
d．達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c中CO的轉(zhuǎn)化率為b＞a＞c
②某溫度下，在體積固定的4L密閉容器中將1molCO和2molH₂混合，測(cè)得不同時(shí)刻的反應(yīng)前后壓強(qiáng)關(guān)系如表：

時(shí)間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)比（p后/p前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為45%．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比列式；
②向一個(gè)10L的密閉容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃時(shí)測(cè)得H2為lmol，計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與830℃時(shí)的K做比較可得反應(yīng)進(jìn)行的方向；
③根據(jù)化學(xué)平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各組分含量保持不變分析選項(xiàng)；
（2）①由圖可知，T₂溫度平衡時(shí)，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同；
（3）①a．根據(jù)升高溫度平衡移動(dòng)的方向判斷反應(yīng)熱；
b．未到達(dá)平衡前，升高溫度甲醇的含量增大，到達(dá)平衡后再升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的含量降低，而5min時(shí)，b容器中甲醇的含量不一定最高，不一定是平衡狀態(tài)；
c．b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成c中的平衡狀態(tài)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，根據(jù)方程式的特點(diǎn)，升高溫度或減壓都可以；
d．根據(jù)溫度對(duì)平衡的影響來(lái)判斷，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�
②溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)后氣體體積的物質(zhì)的量，從而計(jì)算CO反應(yīng)的物質(zhì)的量，根據(jù)CO反應(yīng)的物質(zhì)的量計(jì)算其轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）①反應(yīng)2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{C（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②向一個(gè)10L的密閉容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃時(shí)測(cè)得H2為lmol，列三段式：
                 2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
c始：1              0.7                0                      0
c轉(zhuǎn)：0.2           0.6                0.1                   0.3
c（某時(shí)刻）：0.8           0.1                0.1                   0.3
由圖表可知830℃時(shí)的K=1，則此時(shí)的濃度商Qc=$\frac{0．{3}^{3}×0.1}{0．{8}^{2}×0．{1}^{6}}$＞1，故此時(shí)反應(yīng)向著逆方向進(jìn)行，V （正）＜V （逆）；
故答案為：＜；
②A．混合氣體的總質(zhì)量不變，恒容混合氣體的體積不變，容器中密度始終不變，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)的氣體數(shù)目發(fā)生改變，恒容則壓強(qiáng)改變，平衡時(shí)，壓強(qiáng)保持不變，故B正確；
C．混合氣體的總質(zhì)量不變，混合氣體的總的物質(zhì)的量變小，平均摩爾質(zhì)量變大，平衡時(shí)，保持不變，故C正確；
D．v（CO₂）：v（H₂）=1：3，未說(shuō)明正逆方向，故D錯(cuò)誤；
E．單位時(shí)間內(nèi)消耗2mol CO₂，說(shuō)明生成1mol二甲醚，同時(shí)消耗1mol二甲醚，說(shuō)明二甲醚的含量保持不變，化學(xué)平衡，故E正確；
F．反應(yīng)△H不變，故F錯(cuò)誤；
故答案為：BCE；
（2）①由圖可知，T₂溫度時(shí)2s到達(dá)平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s）；
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線(xiàn)為：；
故答案為：；
（3）①a．升高溫度，甲醇的百分含量減小，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，故a錯(cuò)誤；
b．5min時(shí)，b容器中甲醇的含量不一定最高，不一定是平衡狀態(tài)，則v（正）、v（逆）那樣的相等，故b錯(cuò)誤；
c．b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成c中的平衡狀態(tài)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和大于生成物的，應(yīng)是減小壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，故c正確；
d．達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c三個(gè)容器的反應(yīng)溫度不同，a容器溫度最低，c容器的反應(yīng)溫度最高，根據(jù)反應(yīng)放熱可判斷出，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，故應(yīng)為a＞b＞c，故d錯(cuò)誤；
故答案為：c；
②溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，15min，壓強(qiáng)比（P_后/P_前）=0.80，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.80=2.40mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-2.4mol=0.6mol，根據(jù)氣體減少的物質(zhì)的量與CO之間的關(guān)系式知參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量$\frac{0.9mol}{2}$=0.45mol，則CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.45}{1}×100%$=45%；
故答案為：45%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡移動(dòng)和物質(zhì)的量計(jì)算，難度中等，其中熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)，和焓變的計(jì)算，并能分析化學(xué)平衡中轉(zhuǎn)化率曲線(xiàn)的變化，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵．