Question

15．CO是一種重要的含碳化合物，它與生產(chǎn)、生活息息相關(guān)．
（1）已知一定量的c單質(zhì)能在O₂（_g）中燃燒，其可能的產(chǎn)物及能量關(guān)系如圖1所示：寫出co（g）生成co₂（_g）與C（s）反應(yīng)的熱化學(xué)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(shí)測(cè)得部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表．則該溫度下反應(yīng)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(shí)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(yīng)時(shí)，c（C0₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線，如圖所示．
①在T2溫度下，0〜2s內(nèi)的平均反應(yīng)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(qiáng)或增大CO的物質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)狀況）NO和CO混合氣體，發(fā)生上述反應(yīng)，下列各項(xiàng)能判斷該反應(yīng)t=10min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡的是BD．（填序號(hào)字母）

Answer 1

分析 （1）依據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①由圖表數(shù)據(jù)分析，反應(yīng)在4min達(dá)到平衡，依據(jù)平衡常數(shù)概念計(jì)算，用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物的平衡濃度的冪次方乘積計(jì)算得到；
②依據(jù)反應(yīng)的濃度商計(jì)算和該溫度的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）①由圖可知，T₂溫度平衡時(shí)，二氧化碳的濃度變化量為0.3mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；要使能使上述平衡體系中$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）}$ 增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)影響平衡移動(dòng)的因素來回答判斷；
②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)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(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）由圖可知，1molC（s）與0.5molO₂（g）反應(yīng)得到1molCO（g）放出熱量=393.5kJ-283kJ=110.5kJ，該反應(yīng)熱化學(xué)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(yīng)得到1molCO₂（g）放出熱量393.5kJ，該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol   ②
根據(jù)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(jù)，4min達(dá)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(yīng)逆向進(jìn)行，此時(shí)v（正 ）＜v（逆），
故答案為：＜；
（3）①由圖可知，T₂溫度時(shí)2s到達(dá)平衡，平衡時(shí)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(xué)計(jì)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(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因正反應(yīng)放熱，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；增大CO的物質(zhì)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(qiáng)或增大CO的物質(zhì)的量或從體系中分離出N₂；
②A．根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在任何時(shí)候氣體的質(zhì)量不變，所以氣體質(zhì)量不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體的摩爾質(zhì)量等于氣體的質(zhì)量除以物質(zhì)的量，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在任何時(shí)候氣體的質(zhì)量不變，該反應(yīng)是前后氣體體積發(fā)生變化的反應(yīng)，所以摩爾質(zhì)量保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B正確；
C．混合氣體密度等于質(zhì)量除以體積，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在任何時(shí)候氣體的質(zhì)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(yīng)達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；
D．該反應(yīng)是前后氣體體積發(fā)生變化的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的正向進(jìn)行，氣體的壓強(qiáng)減小，所以壓強(qiáng)保持不變能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確；
故選BD．

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