Question

2．碳和氮是動植物體中的重要組成元素，向大氣中過度排放二氧化碳會造成溫室效應(yīng)，氮氧化物會產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，目前，這些有毒有害氣體的處理成為科學(xué)研究的重要內(nèi)容．
（1）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關(guān)反應(yīng)為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．
某研究小組向一個容器容積為3L且容積不變的密閉真空容器（固體試樣體積忽略不計）中加入NO和足量的活性炭，在恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，測得不同時間（t）時各物質(zhì)的物質(zhì)的量（n）如表：

n/mol t/min	NO	N2	CO2
0	2.00	0	0
10	1.16	0.42	0.42
20	0.80	0.60	0.60
30	0.80	0.60	0.60

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.56（保留兩位小數(shù)）．若某一時刻，容器中有1.2molC、1.2molNO、0.75molN₂和1.08molCO₂，此時v_（正）=v_（逆）（填“＞、＜、=”）
②下列各項能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是AC（填序號字母）．
A．v（NO）_（正）=2v（N₂）_（逆）      B．容器內(nèi)CO₂和N₂的體積比為1：1
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變     D．容器內(nèi)壓強保持不變
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率不變（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g），恒溫下c（CO）隨反應(yīng)時間t變化的曲線Ⅰ如圖1所示．

①若在t₀時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，則改變的條件是加入催化劑；
②若在t₀時刻將容器體積快速壓縮至2L（其他條件不變），請在圖中畫出c（CO）隨反應(yīng)時間t變化的曲線．
（3）已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2kJ/mol，850℃時在一體積為10L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O，CO和H₂O濃度變化如圖2所示：下列說法正確的是C（填序號）
A．達(dá)到平衡時，氫氣的物質(zhì)的量是0.12mol
B．達(dá)到平衡時，反應(yīng)體系最終會放出49.44kJ熱量
C．第6min時，若升高溫度，反應(yīng)平衡常數(shù)會減小
D．第8min時，若充入氦氣，會導(dǎo)致v_正（CO）＜v_逆（H₂O）
（4）850℃時，若在容積為2L的密閉容器中同時充入1.0mol CO，3.0mol H₂O，amol CO₂和bmol H₂．若達(dá)平衡時各組分體積分?jǐn)?shù)都與（3）中平衡時相同，則a=3mol，b=3mol．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，20min時處于平衡狀態(tài)，再根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$計算平衡常數(shù)；計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v_（正）、v_（逆）相對大小；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達(dá)平衡；
③一定溫度下，NO的起始濃度增大，等效為增大壓強，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，平衡不移動，NO的轉(zhuǎn)化率不變；
（2）①若在t₀時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，改變條件瞬間CO濃度不變，平衡時CO的濃度不變，改變條件不影響平衡移動，同時縮短到達(dá)平衡的時間，升高溫度影響平衡移動，反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，增大壓強平衡不移動，但CO的濃度會增大，應(yīng)是使用催化劑；
②若在t₀時刻將容器體積快速壓縮至2L（其他條件不變），瞬間CO的濃度變?yōu)?\frac{2mol/L×3L}{2L}$=3mol/L，增大壓強最終平衡不移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，故平衡時CO的濃度為$\frac{3mol/L×3L}{2L}$=4.5mol/L，反應(yīng)速率加快，縮短到達(dá)平衡時間；
（3）A．由圖可知，平衡時△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，利用濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算△c（H₂），再根據(jù)n=cV計算n（H₂）；
B．850℃時該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H≠-41.2kJ/mol；
C．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動；
D．第8min時，若充入氦氣，恒溫恒容下，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動；
（4）改變起始投料量達(dá)平衡時各組分體積分?jǐn)?shù)都與（3）中平衡時相同，則為等效平衡，反應(yīng)前后氣體體積不變，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式左邊滿足投料量比相同，即滿足n（CO）：n（H₂O）=2：3，且CO₂、H₂的物質(zhì)的量相等．

解答 解：（1）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，20min時處于平衡狀態(tài)，平衡時氮氣、二氧化碳物質(zhì)的量均為0.6mol，NO為0.8mol，平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{\frac{0.6}{3}×\frac{0.6}{3}}{（\frac{0.8}{3}）^{2}}$=0.56；
由反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算濃度商，則Qc=$\frac{0.75×1.08}{1．{2}^{2}}$=0.56=K，故處于平衡狀態(tài)，則，此時v_（正）=v_（逆），
故答案為：0.56；=；
②A．由于v（NO）_（逆）=2v（N₂）_（逆），而v（NO）_（正）=2v（N₂）_（逆），則v（NO）_（逆）=v（NO）_（正），反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故A正確；
B．由于氮氣與二氧化碳化學(xué)計量數(shù)之比為1：1，則容器內(nèi)生成容器內(nèi)CO₂和N₂的體積比始終為1：1，不能說明到達(dá)平衡，故B錯誤；
C．混合氣體總的物質(zhì)的量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總質(zhì)量增大，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，平均相對分子質(zhì)量保持不變說明到達(dá)平衡，故C正確；
D．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，容器內(nèi)壓強始終保持不變，故D錯誤，
故選：AC；
③一定溫度下，NO的起始濃度增大，等效為增大壓強，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，平衡不移動，NO的轉(zhuǎn)化率不變，
故答案為：不變；
（2）①若在t₀時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，改變條件瞬間CO濃度不變，平衡時CO的濃度不變，改變條件不影響平衡移動，同時縮短到達(dá)平衡的時間，升高溫度影響平衡移動，反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，增大壓強平衡不移動，但CO的濃度會增大，應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：加入催化劑；
②若在t₀時刻將容器體積快速壓縮至2L（其他條件不變），瞬間CO的濃度變?yōu)?\frac{2mol/L×3L}{2L}$=3mol/L，增大壓強最終平衡不移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，故平衡時CO的濃度為$\frac{3mol/L×3L}{2L}$=4.5mol/L，反應(yīng)速率加快，縮短到達(dá)平衡時間，c（CO）隨反應(yīng)時間t變化的曲線為：，
故答案為：
（3）A．由圖可知，平衡時△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故△c（H₂）=△c（CO）=0.12mol/L，故n（H₂）=0.12mol/L×10L=1.2mol，故A錯誤；
B．生成1.2mol氫氣，通常條件下放出的熱量為41.2kJ×$\frac{1.2mol}{1mol}$=49.44kJ，850℃時該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H≠-41.2kJ/mol，故B錯誤；
C．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，故C正確；
D．第8min時，若充入氦氣，恒溫恒容下，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動，則v_正（CO）=v_逆（H₂O），故D錯誤，
故選：C；
（4）改變起始投料量達(dá)平衡時各組分體積分?jǐn)?shù)都與（3）中平衡時相同，則為等效平衡，反應(yīng)前后氣體體積不變，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式左邊滿足投料量比相同，即滿足n（CO）：n（H₂O）=2：3，且CO₂、H₂的物質(zhì)的量相等，則：a=b，（1+a）：（3+a）=2：3，解得a=b=3，
故答案為：3；3．

點評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算、化學(xué)平衡影響因素、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)計算及應(yīng)用、反應(yīng)熱的計算、等效平衡等，（2）中作圖注意CO的濃度問題，（3）B選項為易錯點，容易忽略熱化學(xué)方程式的所處條件，難度中等．