Question

2014年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(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）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＞0．
①寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式

 

．
②判斷該反應(yīng)在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

．
A．容器中密度不變         
B．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3      
D．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO （g） 

催化劑

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，如圖所示．據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的△H

 

0（選填“＞”、“＜”）．
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，在右圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．
（3）已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-akJ?mol^-1．
①經(jīng)測定不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時(shí)刻、250℃測得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol?L^-1、c（H₂）=0.4mol?L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol?L^-1，則此時(shí)v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1mol CO和2mol H₂混合，測得不同時(shí)刻的反應(yīng)前后壓強(qiáng)關(guān)系如下：

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

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)指一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)各生成濃度的系數(shù)次冪的乘積與各反應(yīng)物濃度的系數(shù)次冪的乘積的比值；
②依據(jù)化學(xué)平衡標(biāo)志分析判斷，正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變分析選項(xiàng)；
（2）①根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時(shí)二氧化碳的濃度判斷溫度對平衡的影響，進(jìn)而判斷△H；
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，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）①依據(jù)計(jì)算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
②轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%．

解答： 解：（1）①2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0的平衡常數(shù)表達(dá)式為

c3(H2O)?c(CH3OCH3)

c2(CO2)?c6(H2)

，故答案為：

c3(H2O)?c(CH3OCH3)

c2(CO2)?c6(H2)

；
②A、容器體積恒定，氣體總質(zhì)量不變，密度是一個(gè)定值，容器中密度不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B、單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C、反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v（CO₂）：v（H₂）=1：3不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D、反應(yīng)2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說明各組分的濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：BD；
（2）①由圖1可知，溫度T₁先到達(dá)平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時(shí)，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
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，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)到平衡過程中的變化曲線為：；
故答案為：；
（3）①250℃測得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol?L^-1、c（H₂）=0.4mol?L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol?L^-1，濃度商Q=

0.8mol/L

0.4mol/L×(0.4mol/L)2

=12.5＞K=2.041，說明反應(yīng)逆向進(jìn)行v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
②平衡狀態(tài)壓強(qiáng)比（P_后/P_前）=0.70，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.70=2.10mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-2.1mol=0.9mol，根據(jù)氣體減少的物質(zhì)的量與氫氣之間的關(guān)系式知參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量

0.9mol

2

=0.45mol，則CO的轉(zhuǎn)化率=

0.45mol

1mol

×100%=45%，
故答案為：45%．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、平衡常數(shù)概念的理解應(yīng)用等，題目綜合性較大，難度中等，是對知識(shí)的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．