Question

3．煤作為燃料有兩種途徑：
Ⅰ．C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H1＜0
Ⅱ．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g△H₃＜0
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₄＜0請回答：
（1）途徑Ⅰ放出的熱量=途徑Ⅱ放出的熱量（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）△H₁、△H₂、△H₃、△H₄之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式是△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）
（3）煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及產(chǎn)率等問題．
已知CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表所示：

溫度/℃	400	500	830	1 000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

試回答下列問題：
①在一個溫度恒定固定容積的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡的標(biāo)志是cd
（填序號）
a．體系的壓強不再改變     b．體系的密度不再改變    c．各氣體的濃度不再改變
d．各氣體的質(zhì)量分數(shù)不再改變   e．反應(yīng)速率v（CO）：v（H₂）=1：1
②上述反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）；
400℃時反應(yīng)H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值是0.1；
③830℃時，在2L的密閉容器中加入4mol CO（g）和6mol H₂O（g）發(fā)生反應(yīng)，10分鐘達到平衡，此10分鐘內(nèi)用H2表示的平均反應(yīng)速率是0.12mol/（L•min）；達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率是60%．
（4）汽車尾氣凈化中的一個反應(yīng)如：
NO（g）+CO（g）?$\frac{1}{2}$N₂（g）+CO₂（g）△H=-373.4kJ/mol
在恒容的密閉容器中，反應(yīng)達到平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是C

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)熱只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)，通過觀察可知途徑Ⅰ和途徑Ⅱ是等效的，所以途徑Ⅰ放出的熱量等于途徑Ⅱ放出的熱量；
（2）由蓋斯定律，將途徑Ⅱ的三個化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進行加減，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進行相應(yīng)的加減，構(gòu)造出途徑I的熱化學(xué)方程式，據(jù)此判斷△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的數(shù)學(xué)關(guān)系式；
（3）①化學(xué)反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化；
②溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動；相同溫度下CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）與H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)互為倒數(shù)；
③依據(jù)平衡三段式列式計算反應(yīng)的一氧化碳以及生成的氫氣的物質(zhì)的量，進而可計算反應(yīng)速率以及轉(zhuǎn)化率；
（4）A．平衡常數(shù)只受溫度影響，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動．
B．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低．
C．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，與物質(zhì)的濃度無關(guān)．
D．增大氮氣的物質(zhì)的量，氮氣的濃度增大，平衡向逆反應(yīng)移動．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)熱只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)，通過觀察可知途徑Ⅰ和途徑Ⅱ是等效的，途徑Ⅰ和途徑Ⅱ等量的煤燃燒消耗的氧氣相等，兩途徑最終生成物只有二氧化碳，所以途徑Ⅰ放出的熱量等于途徑Ⅱ放出的熱量，
故答案為：=；
（2）途徑Ⅰ：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁＜0 ①
途徑Ⅱ：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0 ②
再燃燒水煤氣：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃＜0 ③
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₄＜0 ④
由蓋斯定律可知，②×2+③+④得2C（s）+2O₂ （g）═2CO₂（g）△H=2△H₂+△H₃+△H₄，
所以△H₁=$\frac{1}{2}$△H=$\frac{1}{2}$（2△H₂+△H₃+△H₄）=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄），
故答案為：△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）；
（3）①a．反應(yīng)前后體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，體系的壓強都不改變，故a錯誤；
b．氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，體系的密度都不改變，故b錯誤；
c．各氣體的濃度不再改變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．各氣體的質(zhì)量分數(shù)不再改變，可說明達到平衡狀態(tài)，故d正確；
 e．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，反應(yīng)速率v（CO）：v（H₂）=1：1，不能說明達到平衡狀態(tài)，故e錯誤．
故答案為：cd；
②溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，相同溫度下CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）與H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)互為倒數(shù)，則400℃時反應(yīng)H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值是0.1，
故答案為：放熱；0.1；
③830℃時，在2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g）達到平衡時，設(shè)一氧化碳轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量為x，依據(jù)平衡三段式列式得到
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）    4       6         0       0
變化量（mol）   x        x        x        x
平衡量（mol）  4-x      6-x       x        x
平衡常數(shù)K=$\frac{{x}^{2}}{（4-x）（6-x）}$=1，
x=2.4mol，
v（H₂）=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{10min}$=0.12mol/（L•min），
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.4mol}{4mol}$×100%=60%
故答案為：0.12mol/（L•min）；60%；
（4）A．平衡常數(shù)只受溫度影響，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，平衡常數(shù)降低，故A錯誤；
B．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故B錯誤；
C．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，與物質(zhì)的濃度無關(guān)，增大NO的物質(zhì)的量，不影響平衡常數(shù)，故C正確；
D．增大氮氣的物質(zhì)的量，氮氣的濃度增大，平衡向逆反應(yīng)移動，NO的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤．
故答案為：C．

點評 本題考查了化學(xué)平衡的計算，題目難度中等，明確影響化學(xué)平衡的因素為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡的計算中的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力．