Question

9．“Cl化學”是指以碳單質(zhì)或分子中含有1個碳原子的物質(zhì)（如CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等）為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的工藝，對開發(fā)新能源和控制環(huán)境污染有重要意義．

（1）一定溫度下，在兩個容積均為2L的密閉容器中，分別發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol相關(guān)數(shù)據(jù)如下

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1molCO2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH和1molH2O（g）
平衡時c（CH3OH）	c1	c2
平衡時能量變化	放出29.4kJ	吸收akJ

請回答：①c₁=c₂（填“＞”“＜”或“=”），a=19.6
②若甲中反應(yīng)10s時達到平衡，則用CO₂來表示甲中反應(yīng)從開始到平衡過程中的平均反應(yīng)速率是0.03mol）L．s）
（2）壓強為p₁時，向體積為1L密閉容器中充入bmolCO和2bmolH₂，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖1所示，請回答：
①該反應(yīng)屬于放（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)，p₁＜p₂（填“＞”“＜”或“=”）
②100℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{1}{^{2}}$（用含b的代數(shù)式表示）
（3）治理汽車尾氣的反應(yīng)是2NO（g）+2CO（g）?2CO₂+N₂（g）在常溫下能夠自發(fā)進行，則它的△H＜0．（填＞、＜）．在恒溫容的密閉容器中通入n（NO）：n（CO）=1：2的混合氣體，發(fā)生上述反應(yīng)，下列圖象說明反應(yīng)在進行到t₁時刻一定達到平衡狀態(tài)的是cd（選填字母）

Answer 1

分析 （1）①甲、乙是完全等效平衡，平衡時甲醇的濃度相等，甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ；
②據(jù)放出的熱量計算參加反應(yīng)二氧化碳的物質(zhì)的量，再根據(jù)$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
（2）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
②100°C時CO的轉(zhuǎn)化率為50%，據(jù)此計算參加反應(yīng)的CO物質(zhì)的量，再利用平衡三段式列式計算平衡時各組分物質(zhì)的量，由于容器的體積為1L，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算；
（3）該反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，而△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進行；
a．平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度不變，則平衡常數(shù)始終不變；
b．t₁時刻CO與二氧化碳濃度相等時，t₁時刻后二者分濃度仍然繼續(xù)變化；
c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反應(yīng)按1：1進行，隨反應(yīng)進行比例關(guān)系發(fā)生變化，從t₁時刻起n（CO）：n（NO）不再變化，說明到達平衡；
d．到達平衡時，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變．

解答 解：（1）①恒溫恒容條件下，乙的投料量極端轉(zhuǎn)化為甲相當于投1mol CO₂（g）和3mol H₂（g），所以兩者是完全等效平衡，平衡時甲醇的濃度相等，所以c₁=c₂，甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ，則a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案為：=；19.6；
②甲中平衡時，放出熱量為29.4kJ，所以參加反應(yīng)的二氧化碳為$\frac{29.4kJ}{49.0kJ}$×1mol=0.6mol，故v（CO₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{10s}$=0.03mol/（L•min），
故答案為：0.03；
（2）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)進行，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
由圖象可知，相同溫度下P₂壓強下CO轉(zhuǎn)化率大于P₁壓強下CO轉(zhuǎn)化率，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P₁＜P₂，
故答案為：放；＜；
②100°C時CO的轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應(yīng)CO為0.5b mol，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：b      2b         0
變化量（mol）：0.5b   b         0.5b
平衡量（mol）：0.5b   b         0.5b
由于容器的體積為1L，利用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5b}{0.5b×^{2}}$=$\frac{1}{^{2}}$，
故答案為：$\frac{1}{^{2}}$；
（3）該反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，而△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進行，由于該反應(yīng)在在常溫下能夠自發(fā)進行，故△H＜O；
a．平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度不變，則平衡常數(shù)始終不變，故a錯誤；
b．t₁時刻CO與二氧化碳濃度相等時，t₁時刻后二者分濃度仍然繼續(xù)變化，說明沒有達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反應(yīng)按1：1進行，隨反應(yīng)進行比例關(guān)系發(fā)生變化，從t₁時刻起n（CO）：n（NO）不再變化，說明到達平衡，故c正確；
d．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，說明達平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：＜；cd．

點評 本題考查化學平衡的有關(guān)計算、等效平衡、平衡常數(shù)計算、化學平衡狀態(tài)判斷等，（1）中關(guān)鍵是對等效平衡規(guī)律的理解掌握，題目難度中等．