Question

7．霧霾已經成為社會各界共同關注的熱門話題，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）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）
①該反應在低溫下能自發(fā)進行，該反應的△H＜ 0．（選填“＞”、“＜”）
②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，測得正反應的速率隨時間變化的曲線如圖1所示（已知：t₂-t_l=t₃-t₂）．

則下列說法不正確的是D．（填編號）
A．反應在c點未達到平衡狀態(tài)
B．反應速率a點小于b點
C．反應物濃度a點大于b點
D．NO的轉化率：t₁～t₂＞t₂～t₃
（2）煤的綜合利用有利于減少環(huán)境污染．合成氨工業(yè)原料氣的來源之一水煤氣法，在催化劑存在條件下有下列反應：
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的關系為△H₃=△H₁+△H₂．
②在恒溫條件下，將l mol CO和1mol H₂O（g）充入某固定容積的反應容器，達到平衡時有50%的CO轉化為CO₂．在t₁時保持溫度不變，再充入1mol H₂O（g），請在圖2中畫出t₁時刻后H₂的體積分數(shù)變化趨勢曲線．（t₂時刻重新達到平衡）

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應自發(fā)進行；
②c點反應速率還再變化，而不是固定不變，只有不再隨時間的變化而變化，才是平衡狀態(tài)；經分析該反應是放熱反應，反應剛開始時溫度升高對正反應速率的影響大于濃度減小對正反應速率的影響，所以圖象開始階段反應速率逐漸增大；隨著反應的進行，反應物的濃度逐漸減小；NO的轉化量，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；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量         1          1                0             0
轉化量         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=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1；
有50%的CO轉化為CO₂；則n（H₂）=n（CO）_轉化=0.5mol，剛充入1mol H₂O時氫氣的體積分數(shù)為$\frac{0.5}{3}$=$\frac{1}{6}$；
但是平衡向右移動，設達新平衡時氫氣的物質的量為x，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
2       1       0       0
x       x       x       x
2-x    1-x      x       x
k=$\frac{{x}^{2}}{（2-x）（1-x）}$=1 
x=$\frac{2}{3}$
新平衡時氫氣的體積分數(shù)為$\frac{\frac{2}{3}}{3}$=$\frac{2}{9}$；
故圖象的起點為$\frac{1}{6}$，終點為$\frac{2}{9}$．

解答 解：（1）①由熱化學反應方程式可知，該反應為熵減小過程，即△S＞0，要使反應在低溫下能夠自發(fā)進行，必須滿足△G=△H-T△S＜0，可知反應放熱△H＜0，
故答案為：＜；
②A．根據(jù)圖象可知c點反應速率還再變化，因此不是平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應剛開始時溫度升高對正反應速率的影響大于濃度減小對正反應速率的影響，開始階段反應速率逐漸增大，反應速率a點小于b點，故B正確；
C．隨著反應的進行，反應物的濃度逐漸減小，所以a點反應物的濃度大于b點，故C正確；
D．根據(jù)曲線的斜率：t_l～t₂段＜t₂～t₃段，可知t₂～t₃段反應速率快，反應物的轉化率大，故D錯誤；
故答案為：D；
（2）下列反應：
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=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1；
有50%的CO轉化為CO₂；則n（H₂）=n（CO）_轉化=0.5mol，剛充入1mol H₂O時氫氣的體積分數(shù)為$\frac{0.5}{3}$=$\frac{1}{6}$；
但是平衡向右移動，設達新平衡時氫氣的物質的量為x，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
2       1       0       0
x       x       x       x
2-x    1-x      x       x
k=$\frac{{x}^{2}}{（2-x）（1-x）}$=1 
x=$\frac{2}{3}$
新平衡時氫氣的體積分數(shù)為$\frac{\frac{2}{3}}{3}$=$\frac{2}{9}$；
故圖象的起點為$\frac{1}{6}$，終點為$\frac{2}{9}$；t_l時刻后H₂的體積分數(shù)變化趨勢曲線為，
故答案為：．

點評 本題考查了蓋斯定律求焓變、化學平衡影響因素，平衡常數(shù)概念計算應用，注意平衡的條件分析是解題關鍵，題目難度中等．