Question

3．減少污染、保護環(huán)境是全世界最熱門的課題．請回答下列問題：
（1）為減少SO₂的排放，常采取的措施有：
①將煤轉化為清潔氣體燃料．已知：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3kJ/mol；
②洗滌含SO₂的煙氣，以下物質可作洗滌劑的是ab；
a．Ca（OH）₂            b．Na₂CO₃              c．CaCl₂          d．NaHSO₃、
（2）污染物CO在催化劑作用下可以與H₂反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①在恒容體系中，可以判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是AC填序號）．
a． v_正（CH₃OH）=v_逆（CO）                b． 混合氣體的密度不變
c． 混合氣體的平均相對分子質量不變    d． c（CO）：c（H₂）：c（ CH₃OH）=1：2：1
②在密閉容器中充有10molCO與20molH₂，CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖，M、N、Q三點的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關系為K_M=K_N＞K_Q．
（3）汽車尾氣中NO_x和CO的生成及轉化為：
①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是溫度升高，反應速率加快，平衡右移．
②若加入1mol空氣（含有0.8molN₂和0.2molO₂），1300℃時在密閉容器內反應達到平衡，測得NO為8×10^-4mol．計算5s內該反應的平均速率ν（NO）和該溫度下的平衡常數(shù)K（寫出計算過程，計算過程中數(shù)據(jù)可作近似處理）
③汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想按下列反應除去CO：
2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0，該設想能否實現(xiàn)？否（選填“能”或“不能”），依據(jù)是該反應是焓增，熵減的反應，根據(jù)△H-T•△S＞0，任何溫度下均不能自發(fā)進行．
④目前，在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉化器可減少CO和NO的污染，其化學反應方程式為2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）①已知：a、H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.8 kJ/mol，
b、C （s）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=CO （g）；△H=-110.5kJ/mol，利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）利用蓋斯定律計算反應熱；
②根據(jù)酸性氧化物的性質選擇；
（2）①可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數(shù)之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
②化學平衡常數(shù)只與溫度有關，相同溫度時其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應方向移動，其平衡常數(shù)減小；相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大；
（3）①依據(jù)化學反應速率和平衡移動原理分析判斷；
②計算出平衡時各種物質的物質的量，結合平衡常數(shù)的表達式以及v=$\frac{△n}{△t}$來計算；
③依據(jù)反應自發(fā)進行的條件是△H-T△S＜0分析判斷；
④根據(jù)CO和NO反應生成物為氮氣和二氧化碳書寫．

解答 解：（1）①已知：a、H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.8 kJ/mol，
b、C （s）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=CO （g）；△H=-110.5kJ/mol，
利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3 kJ/mol；
②洗滌含SO₂的煙氣，SO₂是酸性氧化物，應選a．Ca（OH）₂，b．Na₂CO₃，故答案為：ab；
（2）①．v_正（CH₃OH）=v_逆（CO）說明正逆反應速率相等，能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
B．混合物的質量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯誤；
C．反應前后，混合氣體的物質的量改變，氣體的質量不變，反應達到平衡狀態(tài)時，混合氣體的相對平均分子質量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
D．反應達到平衡狀態(tài)時，CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，c（CO）：c（H₂）：c（ CH₃OH）=1：2：1不能說明這一點，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯誤；
故選AC；
②化學平衡常數(shù)只與溫度有關，相同溫度時其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應方向移動，其平衡常數(shù)減小，根據(jù)圖象知，溫度：M=N＜Q，則若M、N、Q三點的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關系為K_M=K_N＞K_Q；相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大，根據(jù)圖象知，p₁小于p₂，
故答案為：K_M=K_N＞K_Q．
（3）①氣缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是溫度升高，反應速率加快，平衡右移；
故答案為：溫度升高，反應速率加快，平衡右移；
②已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若氣缸中進入1mol空氣（1mol空氣含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol，反應前后氣體物質的量相同，計算平衡常數(shù)時可以用物質的量代替平衡濃度計算，先計算物質的平衡量，N₂為0.8mol-4×10^-4 mol，O₂為0.2mol-4×10^-4 mol，帶入平衡常數(shù)表達式即可，書寫計算得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{8×1{0}^{-4}}{0.8-4×1{0}^{-4}（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，5s內該反應的平均速率ν（NO）=$\frac{8×1{0}^{-4}}{5}$mol/s=1.6×10^-4mol/s，答：5s內該反應的平均速率ν（NO）和該溫度下的平衡常數(shù)分別是1.6×10^-4mol/s、4×10^-6；
③2CO（g）=2C（s）+O₂（g）已知該反應的△H＞0，反應是焓變增大，熵變減小的反應，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應任何溫度下都不能自發(fā)進行；
故答案為：否；該反應是焓增，熵減的反應，根據(jù)△H-T•△S＞0，任何溫度下均不能自發(fā)進行；
④汽車尾氣系統(tǒng)裝置中CO和NO反應生成物為氮氣和二氧化碳，反應的化學方程式為2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律應用、影響平衡移動的因素、汽車尾氣的處理等知識，是高考的熱點題型，解題時利用蓋斯定律求反應熱注意方程式變形時，△H的符號和數(shù)值，注意影響化學平衡狀態(tài)的判斷是高頻考點，題目難度中等．