Question

20．汽車尾氣中含有CO、NO₂等有毒氣體，對(duì)汽車加裝尾氣凈化裝置，可使有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體．
（1）對(duì)于該反應(yīng)：4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g）△H=-1 200kJ•mol^-1，溫度不同（T₂＞T₁）、其他條件相同時(shí)，下列圖象正確的是乙（填代號(hào)）．
該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{4}（CO）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$．
（2）汽車尾氣中CO與H₂O（g）在一定條件下可以發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0.820℃時(shí)在甲、乙、丙三個(gè)恒容密閉容器中，起始時(shí)按照下表進(jìn)行投料，達(dá)到平衡狀態(tài)．

起始物質(zhì)的量	甲	乙	丙
n（H2O）/mol	0.10	0.20	0.20
n（CO）/mol	0.10	0.10	0.20

①平衡時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)容器中，CO的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為：甲=丙＜乙（用“甲”、“乙”、“丙”，“＞”、“=”或“＜”表示）．
②乙容器中，通過(guò)改變溫度，使CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，則平衡常數(shù)K增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）為倡導(dǎo)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”，目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H＜0．在一定條件下，在20L密閉容器中按物質(zhì)的量比為1：3充入CO₂和H₂，溫度在450K，5MPa下測(cè)得平衡體系中各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化曲線如圖丁所示．曲線乙表示的是CO₂（填物質(zhì)的化學(xué)式）的體積分?jǐn)?shù)，圖象中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)b=18.8%（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素以及化學(xué)平衡移動(dòng)的方向來(lái)判斷即可，根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素：溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑來(lái)確定化學(xué)反應(yīng)達(dá)平衡用到的時(shí)間，根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素：溫度、濃度、壓強(qiáng)來(lái)確定化學(xué)平衡中各個(gè)量的變化情況，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）①根據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素以及化學(xué)平衡移動(dòng)的方向來(lái)判斷即可；
②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若增大一氧化碳轉(zhuǎn)化率，必須使平衡向著正向移動(dòng)，所以應(yīng)該降低溫度；由于平衡向著正向移動(dòng)，所以生成物濃度增大，反應(yīng)物濃度減小，化學(xué)平衡常數(shù)增大；
（3）反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量增大，開(kāi)始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時(shí)H₂的含量比二氧化碳高；平衡時(shí)CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時(shí)H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時(shí)H₂O的含量高；
由①方向可知，圖中曲線乙和丙的交點(diǎn)A表示平衡時(shí)CO₂、H₂O的含量相等，令H₂與CO₂的起始物質(zhì)的量分別為3mol、1mol，設(shè)平衡時(shí)乙醇的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，再根據(jù)CO₂、H₂O的含量相對(duì)列方程計(jì)算解答；

解答 解：（1）甲：升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)迅速增大，會(huì)離開(kāi)原來(lái)的速率點(diǎn)，故甲錯(cuò)誤；
乙：升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)迅速增大，所以T₂時(shí)先達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，并且化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，二氧化氮的轉(zhuǎn)化率減小，故乙正確；
丙：對(duì)于反應(yīng)：4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g），T不變，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)會(huì)減小，故丙錯(cuò)誤；
4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{4}（CO）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，
故答案為：乙；K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{4}（CO）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
（2）①根據(jù)投料情況知道，乙相當(dāng)于在甲的基礎(chǔ)上增加了水蒸氣的投料，所以會(huì)使得一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，丙裝置投料是甲裝置的2倍，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)前后系數(shù)和不變的反應(yīng)來(lái)說(shuō)，建立的平衡是等效的，所以兩種情況下，轉(zhuǎn)化率是相等的，平衡時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)容器中，CO的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為甲=丙＜乙，
故答案為：甲=丙＜乙；　　　
②丙容器中，通過(guò)改變溫度，使CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，需要使化學(xué)平衡向著正向移動(dòng)，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，要增大一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)該降低溫度；由于平衡向著正向移動(dòng)，反應(yīng)物濃度減小，生成物濃度增大，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)增大，
故答案為：增大；
（3）反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量增大，開(kāi)始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時(shí)H₂的含量比二氧化碳高，
平衡時(shí)CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時(shí)H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時(shí)H₂O的含量高；
曲線甲、曲線乙隨溫度升高含量增大，且曲線Ⅰ的含量高，所以曲線甲表示H₂、曲線乙表示CO₂，
曲線丙、曲線丁隨溫度升高含量減小，且曲線丙的含量高，所以曲線丙表示H₂O、曲線丁表示CH₃CH₂OH，
2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
由①方向可知，圖中曲線Ⅱ和Ⅲ的交點(diǎn)a表示平衡時(shí)CO₂、H₂O的含量相等，令H₂與CO₂的起始物質(zhì)的量分別為3mol、1mol，設(shè)平衡時(shí)乙醇的物質(zhì)的量為xmol，則：
                       2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
開(kāi)始（mol）：1              3                  0                      0
變化（mol）：2x              6x                x                      3x
平衡（mol）：1-2x           3-6x             x                       3x
故1-2x=3x，解得x=0.2
故圖中曲線乙和丙的交點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)b=$\frac{3x}{1-2x+3-6x+x+3x}$×100%=$\frac{3x}{4-4x}$×100%=$\frac{3×0.2}{4-4×0.2}$×100%=18.8%，
故答案為：CO₂；18.8．

點(diǎn)評(píng) 本題目綜合考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素以及有關(guān)化學(xué)平衡的轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計(jì)算等方面的知識(shí)，題目難度中等，注意明確影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素，掌握化學(xué)平衡常數(shù)的概念及計(jì)算方法．