Question

3．煤作為燃料有兩種途徑：
Ⅰ．C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H1＜0
Ⅱ．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g△H₃＜0
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₄＜0請回答：
（1）途徑Ⅰ放出的熱量=途徑Ⅱ放出的熱量（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）△H₁、△H₂、△H₃、△H₄之間關系的數學表達式是△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）
（3）煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數、投料比及產率等問題．
已知CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數隨溫度的變化如表所示：

溫度/℃	400	500	830	1 000
平衡常數K	10	9	1	0.6

試回答下列問題：
①在一個溫度恒定固定容積的密閉容器中發(fā)生上述反應，反應達到平衡的標志是cd
（填序號）
a．體系的壓強不再改變     b．體系的密度不再改變    c．各氣體的濃度不再改變
d．各氣體的質量分數不再改變   e．反應速率v（CO）：v（H₂）=1：1
②上述反應的正反應是放熱反應（填“放熱”或“吸熱”）；
400℃時反應H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學平衡常數數值是0.1；
③830℃時，在2L的密閉容器中加入4mol CO（g）和6mol H₂O（g）發(fā)生反應，10分鐘達到平衡，此10分鐘內用H2表示的平均反應速率是0.12mol/（L•min）；達到平衡時CO的轉化率是60%．
（4）汽車尾氣凈化中的一個反應如：
NO（g）+CO（g）?$\frac{1}{2}$N₂（g）+CO₂（g）△H=-373.4kJ/mol
在恒容的密閉容器中，反應達到平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是C

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律可知，反應熱只與始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關，通過觀察可知途徑Ⅰ和途徑Ⅱ是等效的，所以途徑Ⅰ放出的熱量等于途徑Ⅱ放出的熱量；
（2）由蓋斯定律，將途徑Ⅱ的三個化學方程式乘以適當的系數進行加減，反應熱也乘以相應的系數進行相應的加減，構造出途徑I的熱化學方程式，據此判斷△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的數學關系式；
（3）①化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化；
②溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向移動；相同溫度下CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）與H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學平衡常數互為倒數；
③依據平衡三段式列式計算反應的一氧化碳以及生成的氫氣的物質的量，進而可計算反應速率以及轉化率；
（4）A．平衡常數只受溫度影響，升高溫度平衡向吸熱反應移動，該反應正反應為放熱反應，故升高溫度平衡向逆反應移動．
B．該反應正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，CO的轉化率降低．
C．平衡常數只受溫度影響，溫度不變平衡常數不變，與物質的濃度無關．
D．增大氮氣的物質的量，氮氣的濃度增大，平衡向逆反應移動．

解答 解：（1）根據蓋斯定律可知，反應熱只與始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關，通過觀察可知途徑Ⅰ和途徑Ⅱ是等效的，途徑Ⅰ和途徑Ⅱ等量的煤燃燒消耗的氧氣相等，兩途徑最終生成物只有二氧化碳，所以途徑Ⅰ放出的熱量等于途徑Ⅱ放出的熱量，
故答案為：=；
（2）途徑Ⅰ：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁＜0 ①
途徑Ⅱ：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0 ②
再燃燒水煤氣：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃＜0 ③
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₄＜0 ④
由蓋斯定律可知，②×2+③+④得2C（s）+2O₂ （g）═2CO₂（g）△H=2△H₂+△H₃+△H₄，
所以△H₁=$\frac{1}{2}$△H=$\frac{1}{2}$（2△H₂+△H₃+△H₄）=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄），
故答案為：△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）；
（3）①a．反應前后體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，體系的壓強都不改變，故a錯誤；
b．氣體的質量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，體系的密度都不改變，故b錯誤；
c．各氣體的濃度不再改變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．各氣體的質量分數不再改變，可說明達到平衡狀態(tài)，故d正確；
 e．反應速率之比等于化學計量數之比，反應速率v（CO）：v（H₂）=1：1，不能說明達到平衡狀態(tài)，故e錯誤．
故答案為：cd；
②溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，相同溫度下CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）與H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學平衡常數互為倒數，則400℃時反應H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學平衡常數數值是0.1，
故答案為：放熱；0.1；
③830℃時，在2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g）達到平衡時，設一氧化碳轉化物質的量為x，依據平衡三段式列式得到
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）    4       6         0       0
變化量（mol）   x        x        x        x
平衡量（mol）  4-x      6-x       x        x
平衡常數K=$\frac{{x}^{2}}{（4-x）（6-x）}$=1，
x=2.4mol，
v（H₂）=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{10min}$=0.12mol/（L•min），
CO的轉化率=$\frac{2.4mol}{4mol}$×100%=60%
故答案為：0.12mol/（L•min）；60%；
（4）A．平衡常數只受溫度影響，升高溫度平衡向吸熱反應移動，該反應正反應為放熱反應，故升高溫度平衡向逆反應移動，平衡常數降低，故A錯誤；
B．該反應正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，CO的轉化率降低，故B錯誤；
C．平衡常數只受溫度影響，溫度不變平衡常數不變，與物質的濃度無關，增大NO的物質的量，不影響平衡常數，故C正確；
D．增大氮氣的物質的量，氮氣的濃度增大，平衡向逆反應移動，NO的轉化率降低，故D錯誤．
故答案為：C．

點評 本題考查了化學平衡的計算，題目難度中等，明確影響化學平衡的因素為解答關鍵，注意掌握三段式在化學平衡的計算中的應用，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．