Question

1．2013年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）CO₂是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO₂是解決溫室效應的有效途徑．目前，由CO₂來合成二甲醚已取得了較大的進展，其化學反應是：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0．
①寫出該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{[CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}]•[H{\;}_{2}O]{\;}^{3}}{[CO{\;}_{2}]{\;}^{2}•[H{\;}_{2}]{\;}^{6}}$．
②判斷該反應在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是BD．
A．容器中密度不變
B．單位時間內消耗2molCO₂，同時消耗1mol二甲醚
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3
D．容器內壓強保持不變
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO （g） $\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂ （g）+N₂ （g）．在密閉容器中發(fā)生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如圖所示．據(jù)此判斷：
①該反應的△H＜0（選填“＞”、“＜”）．
②當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
（3）已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ•mol^-1．
①經(jīng)測定不同溫度下該反應的平衡常數(shù)如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時刻、250℃測得該反應的反應物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol•L^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，則此時v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1mol CO和2mol H₂混合，測得不同時刻的反應前后壓強關系如下：

時間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

則前15分鐘，用氫氣表示的平均化學反應速率為0.02mol•（L•min）^-1，達到平衡時CO的轉化率為45%．

Answer 1

分析 （1）①化學平衡常數(shù)K=$\frac{生成物濃度系數(shù)冪次方}{反應物濃度系數(shù)冪次方}$；
②當正逆反應速率相等、各組分濃度保持不變時，反應達到平衡狀態(tài)，據(jù)此判斷；
（2）①根據(jù)到達平衡的時間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時二氧化碳的濃度判斷溫度對平衡的影響；
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學反應速率，故T₂、S₂條件下到達平衡時間比T₂、S₁的時間更長，但不影響化學平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度不變；
（3）①依據(jù)計算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應進行方向；
②溫度、體積不變的可逆反應中，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，據(jù)此計算反應后氣體體積的物質的量，從而計算氫氣反應的物質的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；根據(jù)平衡時CO反應的物質的量結合轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%計算其轉化率．

解答 解：（1）①化學平衡常數(shù)K=$\frac{生成物濃度系數(shù)冪次方}{反應物濃度系數(shù)冪次方}$，則2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{[CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}]•[H{\;}_{2}O]{\;}^{3}}{[CO{\;}_{2}]{\;}^{2}•[H{\;}_{2}]{\;}^{6}}$，故答案為：K=$\frac{[CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}]•[H{\;}_{2}O]{\;}^{3}}{[CO{\;}_{2}]{\;}^{2}•[H{\;}_{2}]{\;}^{6}}$；
②A．恒容容器中，體積不變，據(jù)質量守恒定律，反應前后氣體質量不變，密度始終不變，所以容器中密度不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．單位時間內消耗2molCO₂，同時消耗1mol二甲醚，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．v（CO₂）：v（H₂）的比值，無論正向進行、逆向進行還是平衡時正逆向進行，始終與化學計量數(shù)相同為1：3，所以v（CO₂）：v（H₂）=1：3不能說明正逆反應速率相等，不能證明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．該反應前后氣體體積不等，所以容器內壓強保持不變，說明各組分濃度不變，反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：BD；
（2）①由圖可知，溫度T₁先到達平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，所以△H＜0，故答案為：放熱；＜；
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學反應速率，故T₂、S₂條件下到達平衡時間比T₂、S₁的時間更長，但不影響化學平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度不變，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；

（3）①250℃測得該反應的反應物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol•L^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，濃度商Q=$\frac{0.8mol/L}{0.4mol/L×（0.4mol/L）{\;}^{2}}$=12.5＞K=2.041，說明反應逆向進行v_正＜v_逆；
故答案為：＜；
②溫度、體積不變的可逆反應中，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，15min，壓強比（P_后/P_前）=0.80，則反應后氣體的物質的量=3mol×0.80=2.40mol，氣體減少的物質的量=3mol-2.4mol=0.6mol，根據(jù)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）氣體減少的物質的量等于氫氣的物質的量，參加反應的氫氣的物質的量0.6mol，0～15min，用H₂表示的平均反應速率=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{15min}$=0.02 mol•（ L•min）^-1；
平衡狀態(tài)壓強比（P_后/P_前）=0.70，則反應后氣體的物質的量=3mol×0.70=2.10mol，氣體減少的物質的量=3mol-2.1mol=0.9mol，根據(jù)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）氣體減少的物質的量等于氫氣的物質的量，所以參加反應的CO的物質的量$\frac{0.9mol}{2}$=0.45mol，則CO的轉化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%，
故答案為：0.02 mol•（ L•min）^-1；45%．

點評 本題考查了平衡狀態(tài)的判斷、平衡移動原理、化學反應速率、平衡常數(shù)概念的理解應用，化學平衡的計算分析是關鍵，氣體壓強壓強之比等于物質的量之比，題目難度不大．