Question

15．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)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$，它所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）．
（2）煤化工通常通過研究不同溫度下的平衡常數(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)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）?c（{H}_{2}）}{c（CO）?c（{H}_{2}O）}$．
②該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）；
③若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化為75%．
④800℃時(shí)，在固定容積的密閉容器中放入混合物，起始濃度為：c（CO）=0.01mol/L，c（H₂O）=0.03mol/L，c（CO₂）=0.01mol/L，c（H₂）=0.05mol/L，則反應(yīng)開始時(shí)，H₂O的消耗速率比生成速率�。ㄌ睢按蟆薄ⅰ靶　被颉安荒艽_定”）．
（3）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反應(yīng)過程中的能量變化如圖所示：

又已知1molSO₂（g）氧化為1molSO₃（g）的△H=-99kJ•mol^-1，請(qǐng)回答下列問題：
①圖中E₁、E₂分別表示反應(yīng)物總能、生成物總能量，E₃的大小對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)熱無（填“有”或“無”）影響．該反應(yīng)通常用V₂O₅作催化劑，加V₂O₅會(huì)使圖中B點(diǎn)降低（填“升高”或“降低”）△H不變（填“變大”、“變小”或“不變”），理由是因?yàn)榇呋瘎┛梢越档头磻?yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)熱．
②圖中△H=-198kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡常數(shù)的定義判斷反應(yīng)的方程式；
（2）①根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式推斷；
②溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③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計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，據(jù)此解答；
（3）①根據(jù)A、C分別表示反應(yīng)物總能量的生成物總能量；
②根據(jù)參加反應(yīng)SO₂的物質(zhì)的量之比等于對(duì)應(yīng)的△H之比．

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）①根據(jù)化學(xué)方程式可知：K=$\frac{c（C{O}_{2}）?c（{H}_{2}）}{c（CO）?c（{H}_{2}O）}$，故答案為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）?c（{H}_{2}）}{c（CO）?c（{H}_{2}O）}$；
②溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
③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$\frac{c×c}{（0.02-c）（0.02-c）}$=9，解得c=0.015，
所以CO的轉(zhuǎn)化率$\frac{0.015}{0.02}$×100%=75%，
故答案為：75%；
④此時(shí)的濃度商Qc=$\frac{0.01×0.03}{0.01×0.05}$=0.6，小于平衡常數(shù)0.9，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故H₂O的消耗速率比生成速率小，
故答案為：��；
（3）①因圖中A、C分別表示反應(yīng)物總能量、生成物總能量；E₃的為活化能，對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)熱無影響，加催化劑降低反應(yīng)的活化能，故答案為：反應(yīng)物總能量；生成物總能量；無；不變；因?yàn)榇呋瘎┛梢越档头磻?yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)熱；
②因1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃的△H=-99kJ•mol^-1，所以2mol SO₂（g）氧化為2mol SO₃的△H=-198kJ•mol^-1，
則2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198kJ•mol^-1，故答案為：-198．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)、反應(yīng)過程的能量變化圖以及運(yùn)用蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的相關(guān)計(jì)算等，題目較為綜合，涉及多方面的知識(shí)，難度中等，本題中注意把握等效平衡的解題應(yīng)用．