Question

2013年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)．其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：
2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．
①對于氣相反應，用某組分（B）的平衡壓強（PB）代替物質(zhì)的量濃度（CB）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_P），則該反應的K_P=

 

．
②該反應在低溫下能自發(fā)進行，該反應的△H

 

 0．（選填“＞”、“＜”）
③在某一絕熱、恒容的密閉容器中充入一定量的NO、CO發(fā)生上述反應，測得正反應的速率隨時間變化的曲線如圖甲所示（已知：t₂-t_l=t₃-t₂）．則下列說法不正確的是

 

．（填編號）
A．反應在c點未達到平衡狀態(tài)
B．反應速率a點小于b點
C．反應物濃度a點大于b點
D．NO的轉化率：t_l～t₂＞t₂～t₃
（2）煤的綜合利用、使用清潔能源等有利于減少環(huán)境污染．合成氨工業(yè)原料氣的來源之一水煤氣法，在催化劑存在條件下有下列反應：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+h₂（g）△H₁
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₃
①△H₃和△H₁、△H₂的關系為△H₃=

 

．
②在恒溫條件下，將1mol CO和1mol H₂O（g）充入某固定容積的反應容器，達到平衡時有50%的CO轉化為CO₂．在t_l時保持溫度不變，再充入1mol H₂O（g），請在圖乙中畫出t_l時刻后H₂的體積分數(shù)變化趨勢曲線．
③甲醇汽油可’以減少汽車尾氣對環(huán)境的污染．某化工廠用水煤氣為原料合成甲醇，恒溫條件下，在體積可變的密閉容器中發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），到達平衡時，測得CO、H₂、CH₃OH分別為1mol、1mol、1mol，容器的體積為3L，現(xiàn)往容器中繼續(xù)通人3mol CO，此時v（正）

 

  v（逆）（選填‘‘＞”、“＜’’或“=”），判斷的理由

 

．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學反應速率與化學平衡圖象的綜合應用

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應自發(fā)進行；
②將化學平衡常數(shù)中的濃度c換成壓強P就可以得到K_P；
③c點反應速率還再變化，而不是固定不變，只有不再隨時間的變化而變化，才是平衡狀態(tài)；經(jīng)分析該反應是放熱反應，反應剛開始時溫度升高對正反應速率的影響大于濃度減小對正反應速率的影響，所以圖象開始階段反應速率逐漸增大；隨著反應的進行，反應物的濃度逐漸減��；NO的轉化量，看t_l～t₂段＜t₂～t₃段的斜率大小判斷．
（2）①根據(jù)蓋斯定律可知△H₃=△H₁+△H₂；
②圖象的起點為

1

6

，終點為

2

9

；
（3）該溫度下反應的平衡常數(shù) k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

1 3

1 3 ×( 1 3 )2

=9； 往容器中繼續(xù)通人3mol CO后，容器的體積變?yōu)?L，Q=

1 6

4 6 ×( 1 6 )2

=9=k，故平衡不移動，v（正）=v（逆）．

解答： 解：（1）①2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g），對于氣相反應，用某組分（B）的平衡壓強（p_B）代替物質(zhì)的量濃度也可以表示平衡常數(shù)（記作K_p），反應的平衡常數(shù)=

P2(CO2)P(N2)

P2(NO)P2(CO)

；②由熱化學反應方程式可知，該反應為熵減小過程，即△S＞0，要使反應在低溫下能夠自發(fā)進行，必須滿足△G=△H-T△S＜0，可知反應放熱△H＜0，
故答案為：＜；
③A．根據(jù)圖象可知c點反應速率還再變化，因此不是平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應剛開始時溫度升高對正反應速率的影響大于濃度減小對正反應速率的影響，開始階段反應速率逐漸增大，反應速率a點小于b點，故B正確；
C．隨著反應的進行，反應物的濃度逐漸減小，所以a點反應物的濃度大于b點，故C正確；
D．根據(jù)曲線的斜率：t_l～t₂段＜t₂～t₃段，可知t₂～t₃段反應速率快，反應物的轉化率大，故D錯誤．
故答案為：D；
（2）下列反應：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+h₂（g）△H₁
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₃
①根據(jù)蓋斯定律可知△H₃=△H₁+△H₂，故答案為△H₁+△H₂；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量 1        1       0       0
轉化量 0.5     0.5     0.5     0.5
平衡量 0.5     0.5     0.5     0.5
平衡常數(shù)k=1；
有50%的CO轉化為CO₂；則n（H₂）=n（CO）_轉化=0.5mol，剛充入1mol H₂O時氫氣的體積分數(shù)為

0.5

3

=

1

6

；
但是平衡向右移動，設達新平衡時氫氣的物質(zhì)的量為x，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
2       1       0       0
x       x       x       x
2-x    1-x      x       x
k=

x2

(2-x)(1-x)

=1 
x=

2

3

新平衡時氫氣的體積分數(shù)為

2 3

3

=

2

9

；
故圖象的起點為

1

6

，終點為

2

9

；t_l時刻后H₂的體積分數(shù)變化趨勢曲線為，
故答案為：；
（3）該溫度下反應的平衡常數(shù) k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

1 3

1 3 ×( 1 3 )2

=9；往容器中繼續(xù)通人3mol CO后，容器的體積變?yōu)?L，Q=

1 6

4 6 ×( 1 6 )2

=9=k，故平衡不移動，v（正）=v（逆），故答案為：=； 往容器中繼續(xù)通人3mol CO后，容器的體積變?yōu)?L，Q=

1 6

4 6 ×( 1 6 )2

=9=k，故平衡不移動，v（正）=v（逆）．

點評：本題考查了蓋斯定律求焓變、化學平衡影響因素，化學反應速率，平衡常數(shù)概念計算應用，注意平衡的條件分析是解題關鍵，題目難度中等．