Question

【題目】“C1化學(xué)”是指以碳單質(zhì)或分子中含1個碳原子的物質(zhì)（如CO、CO2、CH4、CH3OH等）為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的化學(xué)工藝，對開發(fā)新能源和控制環(huán)境污染有重要意義。

（1）一定溫度下，在兩個容積均為2 L的密閉容器中，分別發(fā)生反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=﹣49.0kJ/mol。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)	1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)
平衡時c(CH3OH)	c1	c2
平衡時能量變化	放出29.4 kJ	吸收a kJ

請回答：

①c1 c2（填“>”、“<”或“=”）；a = 。

②若甲中反應(yīng)10 s時達(dá)到平衡，則用CO2來表示甲中反應(yīng)從開始到平衡過程中的平均反應(yīng)速率是 mol/(L·s)。

（2）壓強為p1時 ，向體積為1 L的密閉容器中充入b mol CO和2b mol H2，發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。平衡時CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。請回答：

①該反應(yīng)屬于 （填“吸”或“放”）熱反應(yīng)；p1 p2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②100℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= （用含b的代數(shù)式表示）。

（3）治理汽車尾氣的反應(yīng)是2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H<0。在恒溫恒容的密閉容器中通入n(NO):n(CO)=1:2的混合氣體，發(fā)生上述反應(yīng)。下列圖像正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時刻一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是 （選填字母）。

a b c d

Answer 1

【答案】（1）①＝ 19.6 ②0.03（2）①放 < ②（3）c d

【解析】

試題分析：（1）①恒溫恒容條件下，乙的投料量極端轉(zhuǎn)化為甲相當(dāng)于投1mol CO2（g）和3mol H2（g），所以兩者是完全等效平衡，平衡時甲醇的濃度相等，所以c1=c2；甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ，則a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ；

②甲中平衡時，放出熱量為29.4kJ，所以參加反應(yīng)的二氧化碳為29.4kJ/49.0kJ×1mol=0.6mol，故v（CO2）==0.03mol/（Lmin）；

（2）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；由圖像可知，相同溫度下P2壓強下CO轉(zhuǎn)化率大于P1壓強下CO轉(zhuǎn)化率，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P1＜P2；

②100°C時CO的轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應(yīng)CO為0.5b mol，則：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol）：b 2b 0

變化量（mol）：0.5b b 0.5b

平衡量（mol）：0.5b b 0.5b

由于容器的體積為1L，利用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K==1/b2；

（3）該反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，而△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，由于該反應(yīng)在在常溫下能夠自發(fā)進(jìn)行，故△H＜O；a．平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度不變，則平衡常數(shù)始終不變，a錯誤；b．t1時刻CO與二氧化碳濃度相等時，t1時刻后二者分濃度仍然繼續(xù)變化，說明沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，b錯誤；c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反應(yīng)按1：1進(jìn)行，隨反應(yīng)進(jìn)行比例關(guān)系發(fā)生變化，從t1時刻起n（CO）：n（NO）不再變化，說明到達(dá)平衡，c正確；d．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，說明達(dá)平衡狀態(tài)，d正確。答案選cd。