Question

實(shí)施以減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應(yīng)對(duì)全球氣候問題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國(guó)家節(jié)能減排的總體要求．試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：
（1）已知某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

它所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

 

．
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
總反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

（3）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：

 

．
（4）從氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
對(duì)反應(yīng)  N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示．下列說法正確的是

 

．
A．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＞C     B．A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點(diǎn)的氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：B＜C    D．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
E．A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：A＞C
（5）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．現(xiàn)在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下．下列說法正確的是

 

容器	實(shí)驗(yàn)1	實(shí)驗(yàn)2	實(shí)驗(yàn)3
反應(yīng)物投入量（始態(tài)）	1mol CO2、3mol H2	1mol CH3OH、1mol H2O	2mol CH3OH、2mol H2O
CH3OH的平衡濃度/mol?L-1	C1	C2	C3
反應(yīng)的能量變化	放出 x kJ	吸收y kJ	吸收z kJ
體系壓強(qiáng)/Pa	P1	P2	P3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	a1	a2	a3

A．2C₁＞C₃          B．x+y=49.0          C．2P₂＜P₃
D．（a₁+a₃）＜1       E．2P₁＞P₃           F．a(chǎn)₁=a₂．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,等效平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的定義判斷反應(yīng)的方程式；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質(zhì)變化的濃度、平衡時(shí)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算；
（4）從平衡移動(dòng)的角度分析各物理量的變化；
（5）A、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)3相比較，把實(shí)驗(yàn)3等效為開始加入1molCH₃OH，2mol CO₂、6mol H₂，實(shí)驗(yàn)3中甲醇的物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1的2倍，壓強(qiáng)增大，平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化129kJ，實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，對(duì)于實(shí)驗(yàn)1容器，x=49n，對(duì)于實(shí)驗(yàn)2容器y=49（1-n），據(jù)此判斷；
C、比較實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3可知，把實(shí)驗(yàn)3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實(shí)驗(yàn)3中甲醇的物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1的2倍，對(duì)于反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
D、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據(jù)此判斷；
E、比較實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3可知，把實(shí)驗(yàn)3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實(shí)驗(yàn)3中甲醇的物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1的2倍，對(duì)于反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)分析；
F、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1．

解答： 解：（1）平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物，再結(jié)合質(zhì)量守恒定律，所以該反應(yīng)的方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①×2+②+③總反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.4 kJ/mol，
故答為：-246.4 kJ/mol；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
對(duì)于反應(yīng)         CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.02     0.02      0         0
變化（mol/L）：c         c        c         c
平衡（mol/L）：0.02-c   0.02-c    c          c
所以

c×c

(0，02-c)2

=9，解得c=0.015，
所以CO的轉(zhuǎn)化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（4）對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖2所示．則
A．A點(diǎn)壓強(qiáng)小于C點(diǎn)的壓強(qiáng)，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)速率：A＜C，故A錯(cuò)誤；
B．增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但濃度的增大幅度大于轉(zhuǎn)化的程度，所以C點(diǎn)濃度大，顏色深，故B錯(cuò)誤；
C．B、C兩點(diǎn)二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)相同，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量相同，故C錯(cuò)誤；
D．在相同壓強(qiáng)下，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確；
E．A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)，溫度相同，平衡常數(shù)相等，A=C，故E錯(cuò)誤；
故答案為：D；
（5）A、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)3相比較，把實(shí)驗(yàn)3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實(shí)驗(yàn)3中甲醇的物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2c₁＜c₃，故A錯(cuò)誤；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化129kJ，實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，對(duì)于實(shí)驗(yàn)1容器，x=49n，對(duì)于實(shí)驗(yàn)2容器y=49（1-n），故x+y=49，故B正確；
C、比較實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3可知，把實(shí)驗(yàn)3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實(shí)驗(yàn)3中甲醇的物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1的2倍，對(duì)于反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2p₂＞p₃，故C錯(cuò)誤；
D、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確；
E、比較實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)3可知，把實(shí)驗(yàn)3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實(shí)驗(yàn)3中甲醇的物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1的2倍，對(duì)于反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2p₁＞p₃，故E正確；
F、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，故F錯(cuò)誤；
故答案為：BDE．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計(jì)算與運(yùn)用以及等效平衡問題，難度較大，注意理解等效平衡問題．