Question

3．2013年9月，中國(guó)華北華中地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的霧霾天氣，北京、河北、河南等地的空氣污染升為6級(jí)空氣污染，屬于重度污染．汽車(chē)尾氣、燃煤廢氣、冬季取暖排放的CO₂等都是霧霾形成的原因．
（1）汽車(chē)尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．在一定溫度下，在一個(gè)體積固定的密閉容器中充入一定量的NO和CO，在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)．
①能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是CD．
A．在單位時(shí)間內(nèi)生成1mol CO₂的同時(shí)消耗了lmol CO
B．混合氣體的密度不再改變
C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變
D．混合氣體的壓強(qiáng)不再變化
②在t₂時(shí)刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來(lái)的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時(shí)刻達(dá)到新的平衡狀態(tài)，之后不再改變條件．請(qǐng)?jiān)趫D中補(bǔ)充畫(huà)出從t₂到t₄時(shí)刻正反應(yīng)速隨時(shí)間的變化曲線：
③若要同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，采取的措施有增大壓強(qiáng)、增大CO濃度．（寫(xiě)出2個(gè)）
（2）改變煤的利用方式可減少環(huán)境污染，通�？蓪⑺�蒸氣通過(guò)紅熱的碳得到水煤氣，其反應(yīng)C（g）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
①該反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行（填“高溫”或“低溫”）．
②煤氣化過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體H₂S可用足量的Na₂CO₃溶液吸收，該反應(yīng)的離子方程式為CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-．[已知：Ka₁（H₂S）=9.1×10^-8，Ka₂（H₂S）=1.1×10^-12；Ka₁（H₂CO₃）=4.3×10^-7，Ka₂（H₂CO₃）=5.6×10^-11]
（3）已知反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），現(xiàn)將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需的時(shí)間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1條件下平衡常數(shù)K=2.67（保留小數(shù)點(diǎn)后二位）．
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關(guān)系是a＜b．
③該反應(yīng)的△H＞0 （填“＜”或“＞”）；若在900℃時(shí)，另做一組實(shí)驗(yàn)，在此容器中加入l0mol CO、5mo1H₂O、2mo1CO₂、5mol H₂，則此時(shí)v（正）＜v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）①A．在單位時(shí)問(wèn)內(nèi)生成1mol CO₂的同時(shí)消耗了1mol CO，從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，都符合這等量關(guān)系；
B．混合氣體的密度不再改變，體積不變，反應(yīng)體系都是氣體，從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，密度始終不變；
C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，說(shuō)明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)；
D：混合氣體的壓強(qiáng)不再變化，說(shuō)明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)；
②將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來(lái)的2倍，在其他條件不變的情況下，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都比原來(lái)的小，平衡逆向移動(dòng)，所V正＜V逆；
③若要同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，外界條件增強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
（2）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
②根據(jù)碳酸和氫硫酸的兩步電離平衡常數(shù)進(jìn)行比較氫硫酸與碳酸、碳酸氫根離子離子酸性大小，從而得出反應(yīng)產(chǎn)物，寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合（3）①根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；
②如果a=b兩者的轉(zhuǎn)化率相等，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，相當(dāng)于加入水蒸氣，平衡正向移動(dòng)；
③利用實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2溫度變化比較平衡常數(shù)來(lái)判斷反應(yīng)熱，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷．

解答 解：（1）①A．在單位時(shí)問(wèn)內(nèi)生成1mol CO₂的同時(shí)消耗了1mol CO，從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，都符合這等量關(guān)系，故A不選；
B．混合氣體的密度不再改變，體積不變，反應(yīng)體系都是氣體，從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，密度始終不變，故B不選；
C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，說(shuō)明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故C選；
D：混合氣體的壓強(qiáng)不再變化，說(shuō)明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故D選；
故答案為：CD；
②將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來(lái)的2倍，在其他條件不變的情況下，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都比原來(lái)的小，平衡逆向移動(dòng)，所V正＜V逆，故圖象為：，故答案為：；
③若要同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，外界條件增強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，措施是增大壓強(qiáng)或向容器中充入CO氣體，
故答案為：增大壓強(qiáng)；向容器中充入CO氣體；
（2）①由熱化學(xué)反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)為焓增、熵增過(guò)程，即△H＞0、△S＞0，必須滿足△G=△H-T△S＜0反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行，所以在高溫下能夠自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：高溫；
②由于K_a2=5.61×10^-11＜K_a1=9.1×10^-8＜K_a1=4.30×10^-7、K_a2=5.61×10^-11＞K_a2=1.1×10^-12，所以氫硫酸能夠與碳酸鈉溶液反應(yīng)生成碳酸氫鈉和硫氫化鈉，反應(yīng)的離子方程式為：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-，
故答案為：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-；
（3）①根據(jù)實(shí)驗(yàn)1計(jì)算平衡常數(shù)，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 2mol/L 0 0
轉(zhuǎn)化 0.8mol/L 0.8mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡 0.2mol/L 1.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
K=$\frac{0.8×0.8}{0.2×1.2}$=2.67，
故答案為：2.67；
②如果a=b兩者的轉(zhuǎn)化率相等，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，相當(dāng)于加入水蒸氣，平衡正向移動(dòng)，則a＜b，
故答案為：a＜b；
③則實(shí)驗(yàn)1升高溫度實(shí)驗(yàn)2，根據(jù)實(shí)驗(yàn)2計(jì)算平衡常數(shù)，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 0.5mol/L 1mol/L     0         0
轉(zhuǎn)化 0.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡 0.3mol/L 0.8mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
K=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.167，溫度升高K變小，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
按10mol C0，5mol H₂0，2mol C0₂，5mol H₂，分別加入該容器，
Qc=$\frac{2×5}{10×5}$=0.2＞K
反應(yīng)逆向進(jìn)行，v（正）＜v（逆），
故答案為：＞；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率等知識(shí)，做題時(shí)注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，此為化學(xué)平衡�？疾閱�(wèn)題．