Question

【題目】新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換工程之一是新能源新材料的挖掘和應(yīng)用。乙二醇是重要的化工原料， 煤基合成氣(CO、 H2)間接制乙二醇具有轉(zhuǎn)化率高、回收率高等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)一項(xiàng)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首創(chuàng)技術(shù)，制備過程如下：

反應(yīng) I: 4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g) 4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 = a kJ·mol-1

反應(yīng) II: 2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g) △H2= b kJ·mol-1

反應(yīng) III: CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g) HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g) △H3= c kJ·mol-1

（1）請(qǐng)寫出煤基合成氣[n(CO): n(H2)= 1:2]與氧氣間接合成乙二醇（HOCH2CH2OH）的總熱化學(xué)方程式：________________________________________，該反應(yīng)在較低溫條件下能自發(fā)進(jìn)行，則ΔH______0 (填“＞”、“＜”或“＝”)。

（2）一定溫度下，在 2 L 的密閉容器中投入物質(zhì)的量均為 0.4mol的CO 和 CH3ONO發(fā)生反應(yīng) II，10min 達(dá)到平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)與NO的體積分?jǐn)?shù)相等。

①下列選項(xiàng)能判斷反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________。

a. 混合氣體總物質(zhì)的量不再變化

b. 混合氣體的密度不再變化

c. 單位時(shí)間內(nèi)生成 CO 和 NO 的物質(zhì)的量相等

d. CO 和 CH3ONO 的濃度比不再變化

②若此時(shí)向容器中再通入0.4 mol NO，一段時(shí)間后，達(dá)到新平衡時(shí) NO的體積分?jǐn)?shù)與原平衡時(shí)相比______(填“增大”“相等”“減小”或“不能確定”)。

③若該反應(yīng)△H＜0，在恒容的密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是____________（填字母）。

④反應(yīng)達(dá)平衡后向2 L恒容密閉容器中再加入 0.4mol的CO 和 0.4mol NO，化學(xué)平衡向________（填“正反應(yīng)”、“逆反應(yīng)”或“平衡不移動(dòng)”）方向移動(dòng)。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2CO(g)+1/2O2(g) HOCH2CH2OH(l)+H2O(g) △H3=(1/2a+b+c)kJ·mol-1 < a bc 增大 b 平衡不移動(dòng)

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行分析；根據(jù)G=H-TS<0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行進(jìn)行分析；

（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)：v(正)=v(逆)，各組分的濃度保持不變及由此衍生出的相關(guān)物理量結(jié)合反應(yīng)進(jìn)行分析判斷；

（1）反應(yīng) I: 4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g) 4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 = a kJ·mol-1；反應(yīng) II: 2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g) △H2= b kJ·mol-1；反應(yīng) III: CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g) HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g) △H3= c kJ·mol-1；根據(jù)蓋斯定律，由I×1/2+ II+ III得反應(yīng)：4H2(g)+2CO(g)+1/2O2(g) HOCH2CH2OH(l)+H2O(g) △H3=(1/2a+b+c)kJ·mol-1；該反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，S<0，已知該反應(yīng)能夠在較低溫度下能夠自發(fā)進(jìn)行，要使G=H-TS<0，必須滿足△H<0；

故答案是：4H2(g)+2CO(g)+1/2O2(g)HOCH2CH2OH(l)+H2O(g) △H3=(1/2a+b+c)kJ·mol-1 ；< ；

（2）①a.根據(jù)2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g) △H2= b kJ·mol-1反應(yīng)可知，該反應(yīng)為氣體總量減小的反應(yīng)，當(dāng)混合氣體總物質(zhì)的量不再變化，說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故選；

b.該反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行且參與物質(zhì)不完全為氣體，根據(jù)ρ=m/V可知，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，因此氣體的密度為變量，當(dāng)混合氣體的密度不再變化，說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故選；

c.單位時(shí)間內(nèi)生成CO和NO的物質(zhì)的量相等，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故選；

d.CO和CH3ONO的投料相等且在反應(yīng)中計(jì)量數(shù)相等，故兩者的濃度比始終不變，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故不選；

答案選abc；

②2CO(g)+2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g)反應(yīng)10min達(dá)到平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)與NO的體積分?jǐn)?shù)相等；若此時(shí)向容器中再通入0.4 mol NO，恒容條件下相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積縮小的正方向移動(dòng)，NO的體積分?jǐn)?shù)增大，故新平衡時(shí)NO的體積分?jǐn)?shù)與原平衡時(shí)相比增大；

故答案是：增大；

③a.該反應(yīng)為氣體計(jì)量數(shù)減小的放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，生成物濃度減小，反應(yīng)物濃度增大，平衡常數(shù)減小，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；

b平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與濃度無關(guān)，故NO的濃度變化，K值保持不變，選項(xiàng)b正確；

c.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，NO的體積分?jǐn)?shù)減小，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；

d.該反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，選項(xiàng)d錯(cuò)誤；

故答案選b。

④設(shè)平衡轉(zhuǎn)化率為x，則

2CO(g)+2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g)

開始 0.2 . 0.2 0 0

改變 0.2x 0.2x 0.1x 0.2x

平衡 0.2-0.2x 0.2-0.2x 0.1x 0.2x

10min達(dá)到平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)與NO的體積分?jǐn)?shù)相等，則0.2-0.2x=0.2x，解得x=0.5；該溫度下化學(xué)平衡常數(shù)K=；反應(yīng)達(dá)到平衡后，向2 L恒容密閉容器中再加入 0.4mol的CO 和 0.4mol NO，濃度分別為：0.4mol/2 L=0.2mol/L，0.4mol/2 L=0.2mol/L，所以：c（CO）=0.2-0.2×0.5+0.2=0.3mol/L；c（CH3ONO）=0.2-0.2×0.5=0.1mol/L；c（NO）=0.2×0.5+0.2=0.3mol/L；反應(yīng)的濃度商QC= c2（NO）/ c2（CH3ONO）c2（CO）=0.32/0.12×0.32=100= K，反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡不移動(dòng)；

故答案是：平衡不移動(dòng)。