Question

16．紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是重要的化工原料，工業(yè)上用鉻鐵礦（主要成分是FeO•Cr₂O₃）制備紅礬鈉的過程中會發(fā)生如下反應(yīng)：
4FeO+Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂?8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃（s）+8CO₂△H＜0
（1）請寫出上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{8}（C{O}_{2}）}{{c}^{7}（{O}_{2}）}$．
（2）圖1、圖2表示上述反應(yīng)在t₁時達(dá)到平衡，在t₂時因改變某個條件而發(fā)生變化的曲線．
由圖1判斷，反應(yīng)進(jìn)行至t₂時，曲線發(fā)生變化的原因是對平衡體系降溫，平衡正向移動，CO₂濃度增大，O₂濃度減�。ㄓ梦淖直磉_(dá)）；
由圖2判斷，t₂到t₃的曲線變化的原因可能是b（填寫序號）．
a．升高溫度     b．加了催化劑      c．通入O₂      d．縮小容器體積

（3）工業(yè)上可用上述反應(yīng)中的副產(chǎn)物CO₂來生產(chǎn)甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
①已知該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則下列（A-D）圖象正確的是AC

②在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變得情況下，考查溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如圖3所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說法正確的是CD（填序號）
A．溫度為T₁時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率：v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$mol•L^-1•min^-1
B．該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的小
C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
D．處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大
③在T₁溫度時，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為1-$\frac{a}{2}$．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
（2）圖1中t₂時改變條件瞬間，CO₂、O₂濃度不變，不能是改變濃度或改變壓強(qiáng)，而后平衡正向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動；
圖2中t₂到t₃的曲線變化說明平衡沒有移動，只是反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，應(yīng)是使用催化劑；
（3）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）是熵減小的反應(yīng)，△H-T△S＜0能夠自發(fā)進(jìn)行，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡后升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小、反應(yīng)速率增大、甲醇的濃度減小、氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，未到平衡前，隨溫度升高甲醇的濃度增大、氫氣體積分?jǐn)?shù)減��；
②由圖可知，T₂先達(dá)到平衡，則溫度T₂＞T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，故反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，①中按照其計算速率的方法可知反應(yīng)速率的單位錯誤，應(yīng)為mol•min^-1；
③根據(jù)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比對氣體物質(zhì)的量之比．

解答 解：（1）4FeO+Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂?8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃（s）+8CO₂的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{8}（C{O}_{2}）}{{c}^{7}（{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{8}（C{O}_{2}）}{{c}^{7}（{O}_{2}）}$；
（2）圖1中t₂時改變條件瞬間，CO₂、O₂濃度不變，不能是改變濃度或改變壓強(qiáng)，而后平衡正向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動；
圖2中t₂到t₃的曲線變化說明平衡沒有移動，只是反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：對平衡體系降溫，平衡正向移動，CO₂濃度增大，O₂濃度減�。籦；
（3）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）是熵減小的反應(yīng)，△H-T△S＜0能夠自發(fā)進(jìn)行，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
A．升溫平衡逆向移動，平衡常數(shù)隨溫度的升高而減小，故A正確；
B．升溫化學(xué)反應(yīng)速率加快，故B錯誤；
C．達(dá)平衡后再升溫，平衡逆向移動，甲醇濃度減小，故C正確；
D．達(dá)平衡后再升溫，平衡逆向移動，氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，故D錯誤；
故答案為：AC；
②A．按照其計算速率的方法可知反應(yīng)速率的單位錯誤，應(yīng)為mol•min^-1，一般用單位時間內(nèi)濃度變化量表示反應(yīng)速率，故A錯誤；
B．由圖可知，T₂先達(dá)到平衡，則溫度T₂＞T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，則T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，故B錯誤；
C．升高溫度，平衡逆向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故C正確；
D．反應(yīng)體系從T₁變到T₂，平衡逆向移動，則達(dá)到平衡時$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故D正確；
故答案為：CD；
③反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1       3                  0           0
轉(zhuǎn)化（mol）：a       3a                 a            a
平衡（mol）：1-a     3-3a             a             a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，即（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=1-$\frac{a}{2}$，
故答案為：1-$\frac{a}{2}$．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點，把握圖象分析、平衡移動、化學(xué)平衡三段法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與及計算能力的考查，注意圖象與平衡移動原理的結(jié)合，題目難度不大．