Question

3．Ⅰ．工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，回答下列問題：
（1）工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂．T℃時(shí)，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1．該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1（填計(jì)算結(jié)果）．
（2）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣，目前科學(xué)家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮?dú)夂退�，其反�?yīng)機(jī)理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（3）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水．科學(xué)家利用此原理，設(shè)計(jì)成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
Ⅱ．甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，可用于制取甲醚．一定溫度下，在三個(gè)體積為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．

容器 編號(hào)	溫度（℃）	起始物質(zhì)的量（mol）	平衡物質(zhì)的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
Ⅰ	387	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	387	0.40	a	b
Ⅲ	207	0.20	0.090	0.090

（4）容器I中的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)所需的時(shí)間大于（填“大于”“小于”或等于）容器II中的．
（5）a=0.16
（6）下列說法中能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD．（填字母）
A．容器中壓強(qiáng)不變      B．混合氣體中c（CH₃OCH₃） 不變
C．混合氣體的密度不變  D．單位時(shí)間內(nèi)生成CH₃OH與CH₃OCH₃的分子個(gè)數(shù)之比為2：1
（7）已知下面兩個(gè)反應(yīng)（m、n均大于0）：
反應(yīng)①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-m kJ•mol^-1
反應(yīng)②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-n kJ•mol^-1
則下列m與n的關(guān)系中，正確的是A（填字母）．
A．n＞2m　　　  B．m＞2n　　  C.2m＞n 　　 D．m＞3n．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）T℃時(shí)，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）：0.2   0.3      0      0
變化量（mol/L）：0.12  0.12     0.12   0.12
平衡量（mol/L）：0.08  0.18     0.12   0.12
代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
（2）已知：①．CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）；
（3）氨氣發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，堿性條件下生成氮?dú)馀c水；
Ⅱ．（4）相同溫度下，濃度越大，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短；
（5）容器Ⅱ中平衡等效為在容器I中平衡的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，平衡不移動(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率相同；
（6）A．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，恒溫恒容下，容器中壓強(qiáng)始終不變；
B．平衡時(shí)各組分的濃度保持不變；
C．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變；
D．單位時(shí)間內(nèi)生成CH₃OH與CH₃OCH₃的分子個(gè)數(shù)之比為2：1，而生成2分子甲醇需要1分子甲醚，說明甲醚的生成速率與消耗速率相等；
（7）已知：反應(yīng)①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-m kJ•mol^-1
反應(yīng)②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-n kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①×2可得：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2m-n）kJ•mol^-1，
由表中數(shù)據(jù)，對(duì)比I、Ⅲ可知，降低溫度平衡時(shí)甲醚的物質(zhì)的量增大，說明降低溫度平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．

解答 解：Ⅰ．（1）T℃時(shí)，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）：0.2    0.3     0      0
變化量（mol/L）：0.12   0.12    0.12   0.12
平衡量（mol/L）：0.08   0.18    0.12   0.12
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案為：1；
（2）已知：①．CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（3）氨氣發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，堿性條件下生成氮?dú)馀c水，電極反應(yīng)為為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
Ⅱ．（4）相同溫度下，Ⅱ中濃度較大，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間更短，故答案為：大于；
（5）容器Ⅱ中平衡等效為在容器I中平衡的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，平衡不移動(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率相同，故a=0.08×2=0.16，
故答案為：0.16；
（6）A．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，恒溫恒容下，容器中壓強(qiáng)始終不變，不能說明到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體中c（CH₃OCH₃） 不變，說明到達(dá)平衡，故B正確；
C．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故C錯(cuò)誤；
D．單位時(shí)間內(nèi)生成CH₃OH與CH₃OCH₃的分子個(gè)數(shù)之比為2：1，而生成2分子甲醇需要1分子甲醚，說明甲醚的生成速率與消耗速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確，
故選：BD；
（7）已知：反應(yīng)①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-m kJ•mol^-1
反應(yīng)②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-n kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①×2可得：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2m-n）kJ•mol^-1，
由表中數(shù)據(jù)，對(duì)比I、Ⅲ可知，降低溫度平衡時(shí)甲醚的物質(zhì)的量增大，說明降低溫度平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即2m-n＜0，則n＞2m，
故選：A．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、熱化學(xué)方程式、原電池等，題目比較綜合，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．