Question

7．汽車尾氣和燃煤造成空氣污染．

（1）CO₂是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO₂是解決溫室效應的有效途徑．目前，由CO₂來合成二甲醚已取得了較大的進展，其化學反應是：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=+QkJ/mol
①反應的平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系如表：

溫度/℃	700	800	830	1000	1200
平衡常數(shù)	0.4	0.6	1.0	1.1	1.7

寫出該反應平衡常數(shù)表達式：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
向一個10L的密閉容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃時測得H2為lmol，此時V （正）＜V （逆）：（選填“＞”、“＜”）
②判斷該反應在一定溫度下，體積恒定的密閉容器中達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是BCE．
A．容器中密度不變
B．容器內(nèi)壓強保持不變
C．平均摩爾質(zhì)量保持不變
D．v（CO₂）：v（H₂）=1：3
E．單位時間內(nèi)消耗2mol CO₂，同時消耗1mol二甲醚
F．△H不變
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如圖1所示．
①在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）；
②當固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在上圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化趨勢曲線．
（3）工業(yè)上用CO和H₂合成 CH₃OH：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
①現(xiàn)在容積均為1L的a、b、c三個密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H₂的混合氣體，控制溫度進行反應，測得相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是c
a．正反應的△H＞0
b．反應進行到5min時，b容器中v正=v逆
c．減壓可使甲醇的含量由b點變成c點
d．達到平衡時，a、b、c中CO的轉(zhuǎn)化率為b＞a＞c
②某溫度下，在體積固定的4L密閉容器中將1molCO和2molH₂混合，測得不同時刻的反應前后壓強關(guān)系如表：

時間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強比（p后/p前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為45%．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化學平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積之比列式；
②向一個10L的密閉容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃時測得H2為lmol，計算此時的濃度商Qc，與830℃時的K做比較可得反應進行的方向；
③根據(jù)化學平衡時正逆反應速率相等，各組分含量保持不變分析選項；
（2）①由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（N₂）；
②接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同；
（3）①a．根據(jù)升高溫度平衡移動的方向判斷反應熱；
b．未到達平衡前，升高溫度甲醇的含量增大，到達平衡后再升高溫度，平衡向逆反應方向移動，甲醇的含量降低，而5min時，b容器中甲醇的含量不一定最高，不一定是平衡狀態(tài)；
c．b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成c中的平衡狀態(tài)，甲醇的體積分數(shù)減小，說明平衡逆向移動，根據(jù)方程式的特點，升高溫度或減壓都可以；
d．根據(jù)溫度對平衡的影響來判斷，升高溫度平衡逆向移動，CO的轉(zhuǎn)化率減��；
②溫度、體積不變的可逆反應中，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，據(jù)此計算反應后氣體體積的物質(zhì)的量，從而計算CO反應的物質(zhì)的量，根據(jù)CO反應的物質(zhì)的量計算其轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）①反應2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）的化學平衡常數(shù)K=$\frac{C（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②向一個10L的密閉容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃時測得H2為lmol，列三段式：
                 2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
c始：1              0.7                0                      0
c轉(zhuǎn)：0.2           0.6                0.1                   0.3
c（某時刻）：0.8           0.1                0.1                   0.3
由圖表可知830℃時的K=1，則此時的濃度商Qc=$\frac{0．{3}^{3}×0.1}{0．{8}^{2}×0．{1}^{6}}$＞1，故此時反應向著逆方向進行，V （正）＜V （逆）；
故答案為：＜；
②A．混合氣體的總質(zhì)量不變，恒容混合氣體的體積不變，容器中密度始終不變，故A錯誤；
B．反應的氣體數(shù)目發(fā)生改變，恒容則壓強改變，平衡時，壓強保持不變，故B正確；
C．混合氣體的總質(zhì)量不變，混合氣體的總的物質(zhì)的量變小，平均摩爾質(zhì)量變大，平衡時，保持不變，故C正確；
D．v（CO₂）：v（H₂）=1：3，未說明正逆方向，故D錯誤；
E．單位時間內(nèi)消耗2mol CO₂，說明生成1mol二甲醚，同時消耗1mol二甲醚，說明二甲醚的含量保持不變，化學平衡，故E正確；
F．反應△H不變，故F錯誤；
故答案為：BCE；
（2）①由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s）；
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：；
故答案為：；
（3）①a．升高溫度，甲醇的百分含量減小，說明正反應是放熱反應，則△H＜0，故a錯誤；
b．5min時，b容器中甲醇的含量不一定最高，不一定是平衡狀態(tài)，則v（正）、v（逆）那樣的相等，故b錯誤；
c．b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成c中的平衡狀態(tài)，甲醇的體積分數(shù)減小，說明平衡逆向移動，反應物的化學計量數(shù)之和大于生成物的，應是減小壓強平衡逆向移動，故c正確；
d．達到平衡時，a、b、c三個容器的反應溫度不同，a容器溫度最低，c容器的反應溫度最高，根據(jù)反應放熱可判斷出，升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的體積分數(shù)減小，故應為a＞b＞c，故d錯誤；
故答案為：c；
②溫度、體積不變的可逆反應中，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，15min，壓強比（P_后/P_前）=0.80，則反應后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.80=2.40mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-2.4mol=0.6mol，根據(jù)氣體減少的物質(zhì)的量與CO之間的關(guān)系式知參加反應的CO的物質(zhì)的量$\frac{0.9mol}{2}$=0.45mol，則CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.45}{1}×100%$=45%；
故答案為：45%．

點評 本題考查蓋斯定律、化學平衡移動和物質(zhì)的量計算，難度中等，其中熱化學方程式書寫，和焓變的計算，并能分析化學平衡中轉(zhuǎn)化率曲線的變化，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵．