Question

15．CO是一種重要的含碳化合物，它與生產、生活息息相關．
（1）已知一定量的c單質能在O₂（_g）中燃燒，其可能的產物及能量關系如圖1所示：寫出co（g）生成co₂（_g）與C（s）反應的熱化學方程式2CO（g）=CO₂（g）+C（s）△H=-172.5kJ/mol．
（2）工業(yè)用CO制備氫氣的一種方法為：C0（g）+H₂0（g）=molfCO₂（g）+H₂（g）


①向1L恒容密閉容器中充入CO和H₂0（g），t℃時測得部分數(shù)據如下表．則該溫度下反應的平衡常數(shù)K=0.5．

t/min	0	1	2	3	4
n（H20）/mol	0.60	0.50	0.44	0.40	0.40
n（CO）/mol	0.40	0.30	0.24	0.20	0.20

②相同溫度下，若向2L恒容密閉容器中充入1mol CO、4mol H₂0（g）、2mol C0₂、2mol H₂，此時v正＜ V逆．（填“＞”、或“＜”）
（3）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）  $\stackrel{催化劑}{?}$ 2C0₂（g）+N₂（g）△＜0
在密閉容器中發(fā)生該反應時，c（C0₂）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．
①在T2溫度下，0〜2s內的平均反應速率v（N₂）=0.075mol/（L•s）．能使上述平衡體系中$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）}$ 增大的措施有降低溫度或增大壓強或增大CO的物質的量或從體系中分離出N₂    （任寫一條）．
②向某密閉恒容容器中按體積比1：1充入44.8L （標準狀況）NO和CO混合氣體，發(fā)生上述反應，下列各項能判斷該反應t=10min時反應達到平衡的是BD．（填序號字母）

Answer 1

分析 （1）依據蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①由圖表數(shù)據分析，反應在4min達到平衡，依據平衡常數(shù)概念計算，用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應物的平衡濃度的冪次方乘積計算得到；
②依據反應的濃度商計算和該溫度的平衡常數(shù)比較分析判斷反應進行的方向；
（3）①由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.3mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（N₂）；要使能使上述平衡體系中$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）}$ 增大，應使平衡向正反應方向移動，根據影響平衡移動的因素來回答判斷；
②根據化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）由圖可知，1molC（s）與0.5molO₂（g）反應得到1molCO（g）放出熱量=393.5kJ-283kJ=110.5kJ，該反應熱化學方程式為：
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol   ①
1molC（s）與1molO₂（g）反應得到1molCO₂（g）放出熱量393.5kJ，該反應熱化學方程式為：
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol   ②
根據蓋斯定律，②-①×2得：2CO（g）=CO₂（g）+C（s）△H=-172.5kJ/mol；
故答案為：2CO（g）=CO₂（g）+C（s）△H=-172.5kJ/mol；
（2）①分析圖表數(shù)據，4min達到平衡狀態(tài)，
                         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 0.4         0.6               0            0
變化量（mol/L） 0.2         0.2               0.2         0.2
平衡量（mol/L） 0.2         0.4               0.2         0.2
K=$\frac{0.2×0.2}{0.4×0.2}$=0.5，
故答案為：0.5；
②若向2L恒容密閉容器中充入lmolCO、4molH₂O（g）、2molCO₂、2molH₂，濃度商Q=$\frac{1×1}{0.5×2}$=1＞K=0.5，反應逆向進行，此時v（正 ）＜v（逆），
故答案為：＜；
（3）①由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.3mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.3mol/L}{2s}$=0.15mol/（L•s），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（CO₂）=$\frac{1}{2}$×0.15mol/（L•s）=0.075mol/（L•s）；
要使能使上述平衡體系中$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）}$ 增大，應使平衡向正反應方向移動，因正反應放熱，降低溫度平衡向正反應方向移動；增大壓強平衡向正反應方向移動；增大CO的物質的量或從體系中分離出N₂；
故答案為：0.075mol/（L•s）；降低溫度或增大壓強或增大CO的物質的量或從體系中分離出N₂；
②A．根據質量守恒可知，在任何時候氣體的質量不變，所以氣體質量不變不能說明反應達到平衡，故A錯誤；
B．混合氣體的摩爾質量等于氣體的質量除以物質的量，根據質量守恒可知，在任何時候氣體的質量不變，該反應是前后氣體體積發(fā)生變化的反應，所以摩爾質量保持不變，說明反應達到平衡，故B正確；
C．混合氣體密度等于質量除以體積，根據質量守恒可知，在任何時候氣體的質量不變，而容器的體積也不變，所以混合氣體的密度保持不變不能說明反應達到平衡，故C錯誤；
D．該反應是前后氣體體積發(fā)生變化的反應，隨著反應的正向進行，氣體的壓強減小，所以壓強保持不變能說明反應達到平衡，故D正確；
故選BD．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡的判斷、化學平衡計算以及平衡移動等問題，難度不大，化學平衡狀態(tài)的判斷是高考的熱點，注意化學平衡常數(shù)只與溫度有關，與其他物理量無關．