Question

隨著能源與環(huán)境問題越來越被人們關(guān)注，碳一化學(xué)成為研究的熱點．“碳一化學(xué)”即以單質(zhì)碳及CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等含一個碳原子的物質(zhì)為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的化學(xué)與工藝．
Ⅰ、熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，在溫度和容積相同的A、B、C三個容器中（容器的體積為2L），按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫恒容，經(jīng)10秒鐘后達(dá)到平衡，達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	A	B	C
反應(yīng)物投入量	1molCO2（g）和 3molH2（g）	1molCH3OH（g）和 1molH2O（g）	2molCO2（g）和6mol H2（g）
CH3OH（g）濃度（mol/L）	c1	c2	c3
反應(yīng)能量變化	放出29.4kJ	吸收a kJ	放出b kJ

①從反應(yīng)開始到達(dá)平衡時，A中用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率為

 

mol/（L?s）（用具體數(shù)值表示）
②a=

 

．c₁

 

c₂

 

1/2c₃（填“＞”“＜”或“=”）．
Ⅱ、CO可用于合成甲醇．在壓強0.1MPa條件下，向體積為bL的密閉容器中充入amolCO和2amolH₂，在催化劑作用下合成甲醇：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

（1）該反應(yīng)屬于反應(yīng)

 

（填“吸熱”或“放熱”）；P₂

 

0.1MPa（填“＞”“＜”或“=”）
（2）100℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（用含a、b的代數(shù)式表示）
Ⅲ、碳一化合物在治理汽車尾氣方面也大有可為，如CO、CH₄等在一定條件下均可以與氮氧化物生成無污染的物質(zhì)．CO與NO在催化劑的條件下反應(yīng)如下：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0，在絕熱、恒容的密閉容器中加入一定量的NO和CO發(fā)生上述反應(yīng)，圖2的示意圖不能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填字母序號）

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,等效平衡

專題：化學(xué)平衡專題

分析：Ⅰ、①根據(jù)A中達(dá)到平衡時放熱熱量計算出消耗二氧化碳的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=

n

V

、v=

△c

△t

計算出反應(yīng)速率；
②恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值；而C中初始反應(yīng)物為A的2倍，相當(dāng)于增大了壓強，平衡向著正向移動，據(jù)此判斷達(dá)到平衡時甲醇的濃度；
Ⅱ、（1）根據(jù)圖象中曲線變化及溫度、壓強對化學(xué)平衡的影響判斷；
（2）利用三段式計算出平衡時各組分的物質(zhì)的量，進(jìn)而求出平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算；
Ⅲ、可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷．

解答： Ⅰ、①1mol二氧化碳完全反應(yīng)放出49.0kJ熱量，當(dāng)放出29.4kJ熱量時，則參加反應(yīng)的二氧化碳為：n（CO₂）=

29.4kJ

49.0kJ/mol

=0.6mol，CO₂的濃度變化為：△c=

0.6mol

2L

=0.3mol/L，二氧化碳的平均反應(yīng)速率為：v（CO₂）=

0.3mol/L

10s

=0.03mol/（L?s），
故答案為：0.03；
②恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，則c₁=c₂，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值，則吸收的熱量=反應(yīng)熱-放出的熱量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ；由于C中初始反應(yīng)物為A的2倍，則與A相比相當(dāng)于增大壓強，平衡向著正向移動，則C中甲醇濃度增大，即：C中甲醇的濃度大于A的2倍：c₁=c₂＜

1

2

c₃，
故答案為：19.6；=；＜；
Ⅱ、（1）由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
當(dāng)溫度相同時，壓強為P₂時CO的轉(zhuǎn)化率增大，該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強平衡向著正向移動，CO轉(zhuǎn)化率增大，則P₂＞0.1MPa，
故答案為：放熱；＞；
（2）根據(jù)圖象可知100℃時平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為0.5amol．
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
開始（mol）：a       2a         0 
變化（mol）：0.5a    a         0.5a
平衡（mol）：0.5a    a         0.5a
平衡（mol）0.5a      a         0.5a
則達(dá)到平衡時各組分濃度為：c（CO）=

0.5a

b

mol/L、c（H₂）=

a

b

mol/L、c（CH₃OH）=

0.5a

b

mol/L，
100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=

0.5a b

0.5a b ×( a b )2

=

b2

a2

，
故答案為：

b2

a2

；
Ⅲ、當(dāng)反應(yīng)前后改變的物理量不變時，該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，
a中為平衡常數(shù)，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，所以平衡常數(shù)不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b為物質(zhì)的量隨時間的變化，一氧化氮與二氧化碳濃度相等時，各組分濃度仍然繼續(xù)變化，說明沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c為CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間變化，反應(yīng)恰好總質(zhì)量不變，則反應(yīng)過程中CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)會發(fā)生變化，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化，故c正確；
故答案為：c．

點評：本題考查了化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，題目難度較大，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的能夠及計算方法，明確化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力．