Question

1．霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)，給我們的生活帶來諸多不便．其中，燃煤尾氣和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
則反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃（用△H₁、△H₂和△H₃表示）
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如下圖1所示．據(jù)此判斷：

①在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）．
②該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（NO）}$；升高溫度時平衡常數(shù)K減�。ㄟx填：“增大”、“減小”或“不變”）．
③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在上圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．
④若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是CD（填代號）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（N₂）；
②結(jié)合平衡常數(shù)的概念書寫平衡表達(dá)式；根據(jù)先拐先平，溫度高反應(yīng)速率快，T₁＞T₂，結(jié)合縱坐標(biāo)二氧化碳濃度變化和平衡移動原理分析判斷反應(yīng)的熱量變化，再判斷溫度升高時平衡移動的方向，推測平衡常數(shù)的變化；
③接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時相同；
④A．t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
B．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
C．到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
D．到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
依據(jù)蓋斯定律計算（①×2+②-③）×$\frac{1}{2}$得到，
反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃
故答案為：△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃；
（2）①由圖可知，T₂溫度時2s到達(dá)平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②可逆反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（NO）}$；據(jù)圖1，T₁溫度下反應(yīng)速率最快，最先達(dá)到平衡，可知T₁＞T₂，溫度越高n（CO₂）越小，正反應(yīng)方向△H＜0，則升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減�。�
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（NO）}$；減��；
③接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
④A．t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故B錯誤；
C．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，故C正確；
D．NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：CD．

點評 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡移動和物質(zhì)的量計算，難度中等，其中熱化學(xué)方程式書寫，和焓變的計算，并能分析化學(xué)平衡中轉(zhuǎn)化率曲線的變化，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵．