Question

【題目】工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等氣體，嚴(yán)重污染空氣。通過對廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。

（1）反應(yīng)2NO2(g) N2(g)＋2O2(g)，設(shè)起始時容器中只有NO2，平衡時三種物質(zhì)的物質(zhì)的量與溫度關(guān)系如圖所示。

則A點時，NO2的轉(zhuǎn)化率為_______________，B點時，設(shè)容器的總壓為a Pa，則平衡常數(shù)Kp為____________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

（2）向2 L密閉容器中加入2 mol CO2和6 mol H2，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，下列反�?yīng)能自發(fā)進(jìn)行：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) ＋H2O(g)。

①該反應(yīng)ΔH_______0（填“>”、“<”或“=”）

②下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____________。（填字母）

a.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

b.1 mol CO2生成的同時有3 mol H—H鍵斷裂

c.CO2的轉(zhuǎn)化率和H2的轉(zhuǎn)化率相等

d.混合氣體的密度保持不變

③ 反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，在起始溫度（T1℃）、體積相同（2L）的兩密閉容器中，改變條件，反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

	反應(yīng)時間	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
反應(yīng)Ⅰ：恒溫恒容	0 min	2	6	0	0
	10 min		4.5
	20 min	1
	30 min		1
反應(yīng)Ⅱ：絕熱恒容	0 min	0	0	2	2

反應(yīng)Ⅰ，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)＝_______________________________。達(dá)到平衡時，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶獬��?shù)K(I)____________K(II)（填“>”、“<”或“＝”）；平衡時CH3OH的濃度c(I)____________c(II)（填“>”、“<”或“＝”）。

Answer 1

【答案】50% a Pa<ab0.025 mol·L-1 ·min-1>>

【解析】

（1）根據(jù)化學(xué)方程式2NO2(g) N2(g)＋2O2(g)及圖示數(shù)據(jù)，A點時NO2是10mol，O2是10mol，N2是5mol，所以NO2初始物質(zhì)的量是20mol，則NO2的轉(zhuǎn)化率為50%；B點時NO2和N2物質(zhì)的量相等，設(shè)為xmol，則O2是2xmol，因為容器的總壓為a Pa，所以NO2和N2的分壓都是a Pa，O2的分壓是a Pa，則平衡常數(shù)Kp= = =aPa；（2）①由方程式可看出該反應(yīng)S<0，因為反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，所以H-TS<0，則H<0；②a、混合氣體的平均相對分子質(zhì)量=氣體總質(zhì)量÷物質(zhì)的量，該反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物都是氣體，物質(zhì)的量變化，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量變化，則當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變時，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故a正確；b、1molCO2生成同時有3molH-H鍵斷裂，即消耗3molH2，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，能說明正逆反應(yīng)速率相等，則達(dá)到了平衡狀態(tài)，故b正確；c、開始充入2molCO2和6molH2，投料比等于化學(xué)方程式系數(shù)比，CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯誤；d、混合氣體的密度等于氣體質(zhì)量和體積的比值，反應(yīng)前后質(zhì)量守恒，體積不變，所以密度始終不變，密度保持不變時不一定是平衡狀態(tài)，故d錯誤。答案選ab；③由表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)Ⅰ前10min內(nèi)反應(yīng)的H2為：(6-4.5)mol=1.5mol，根據(jù)化學(xué)方程式可得，生成CH3OH為：=0.5mol，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)==0.025 molL-1min-1；前面已知該反應(yīng)H<0，為放熱反應(yīng)，又因為反應(yīng)Ⅰ為恒溫恒容條件，反應(yīng)Ⅱ為絕熱恒容條件，所以反應(yīng)Ⅱ相當(dāng)于升溫，化學(xué)平衡常數(shù)減小，故K(I)>K(II)；反應(yīng)Ⅱ中若把CH3OH和H2O(g)的初始物質(zhì)的量全部轉(zhuǎn)化為CO2和H2，與反應(yīng)Ⅰ初始物質(zhì)的量對應(yīng)相等，但反應(yīng)Ⅱ溫度高于反應(yīng)Ⅰ，所以反應(yīng)Ⅱ相當(dāng)于在和反應(yīng)Ⅰ等效的基礎(chǔ)上又升高溫度，平衡逆向移動，故平衡時CH3OH的濃度c(I)>c(II)。