Question

實施以減少能源浪費和降低廢氣排放為基本內容的節(jié)能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求．試運用所學知識，解決下列問題：
（1）已知某反應的平衡表達式為：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

它所對應的化學反應方程式為：

 

．
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
總反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

（3）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，會發(fā)生如下反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應的正反應方向是

 

反應（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時進行，設起始時CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉化率為：

 

．
（4）從氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
對反應  N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖所示．下列說法正確的是

 

．
A．A、C兩點的反應速率：A＞C     B．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C    D．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
E．A、C兩點的化學平衡常數(shù)：A＞C
（5）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．現(xiàn)在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數(shù)據(jù)如下．下列說法正確的是

 

容器	實驗1	實驗2	實驗3
反應物投入量（始態(tài)）	1mol CO2、3mol H2	1mol CH3OH、1mol H2O	2mol CH3OH、2mol H2O
CH3OH的平衡濃度/mol?L-1	C1	C2	C3
反應的能量變化	放出 x kJ	吸收y kJ	吸收z kJ
體系壓強/Pa	P1	P2	P3
反應物轉化率	a1	a2	a3

A．2C₁＞C₃          B．x+y=49.0          C．2P₂＜P₃
D．（a₁+a₃）＜1       E．2P₁＞P₃           F．a₁=a₂．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,熱化學方程式,化學平衡的影響因素,等效平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的定義判斷反應的方程式；
（2）根據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應為放熱反應；令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質變化的濃度、平衡時的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)計算；
（4）從平衡移動的角度分析各物理量的變化；
（5）A、實驗1、實驗3相比較，把實驗3等效為開始加入1molCH₃OH，2mol CO₂、6mol H₂，實驗3中甲醇的物質的量為實驗1的2倍，壓強增大，平衡向生成甲醇的方向移動；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化129kJ，實驗1、實驗2平衡狀態(tài)相同，令平衡時甲醇為nmol，對于實驗1容器，x=49n，對于實驗2容器y=49（1-n），據(jù)此判斷；
C、比較實驗2、實驗3可知，把實驗3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實驗3中甲醇的物質的量為實驗1的2倍，對于反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動；
D、實驗1、實驗2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據(jù)此判斷；
E、比較實驗2、實驗3可知，把實驗3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實驗3中甲醇的物質的量為實驗1的2倍，對于反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動分析；
F、實驗1、實驗2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1．

解答： 解：（1）平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應物，再結合質量守恒定律，所以該反應的方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算①×2+②+③總反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.4 kJ/mol，
故答為：-246.4 kJ/mol；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應為放熱反應，
對于反應         CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.02     0.02      0         0
變化（mol/L）：c         c        c         c
平衡（mol/L）：0.02-c   0.02-c    c          c
所以

c×c

(0，02-c)2

=9，解得c=0.015，
所以CO的轉化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（4）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖2所示．則
A．A點壓強小于C點的壓強，壓強越大，反應速率越大，則反應速率：A＜C，故A錯誤；
B．增大壓強，平衡向正反應移動，但濃度的增大幅度大于轉化的程度，所以C點濃度大，顏色深，故B錯誤；
C．B、C兩點二氧化氮的體積分數(shù)相同，則混合氣體的平均相對分子質量相同，故C錯誤；
D．在相同壓強下，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則二氧化氮的體積分數(shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確；
E．A、C兩點的化學平衡常數(shù)，溫度相同，平衡常數(shù)相等，A=C，故E錯誤；
故答案為：D；
（5）A、實驗1、實驗3相比較，把實驗3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實驗3中甲醇的物質的量為實驗1的2倍，壓強增大，對于反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動，故2c₁＜c₃，故A錯誤；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化129kJ，實驗1、實驗2平衡狀態(tài)相同，令平衡時甲醇為nmol，對于實驗1容器，x=49n，對于實驗2容器y=49（1-n），故x+y=49，故B正確；
C、比較實驗2、實驗3可知，把實驗3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實驗3中甲醇的物質的量為實驗1的2倍，對于反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動，故2p₂＞p₃，故C錯誤；
D、實驗1、實驗2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確；
E、比較實驗1、實驗3可知，把實驗3等效為開始加入2mol CO₂、6mol H₂，實驗3中甲醇的物質的量為實驗1的2倍，對于反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移動，故2p₁＞p₃，故E正確；
F、實驗1、實驗2處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，故F錯誤；
故答案為：BDE．

點評：本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、化學平衡的計算、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計算與運用以及等效平衡問題，難度較大，注意理解等效平衡問題．