Question

如圖是煤化工產業鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

（1）已知該產業鏈中某反應的平衡表達式為：K=

[H2][CO]

[H2O]

它所對應反應的化學方程式為

 

．
已知在一定溫度下，在同一平衡體系中各反應的平衡常數如下：
C（s）+CO₂（g）?2CO（g），K₁
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），K₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），K₃
則K₁、K₂、K₃之間的關系為

 

．
（2）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數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，發生如下反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應平衡常數隨溫度的變化如下：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

該反應的逆反應方向是

 

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，反應達到平衡時CO的轉化率為

 

．
（3）對于反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）-Q（Q＞0），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖2所示．下列說法正確的是

 

．
A．兩種不同的溫度比較：T₁＞T₂
B．A、C兩點的反應速率：A＜C
C．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
D．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法實現
（4）如圖3，采用NH₃作還原劑，煙氣以一定的流速通過兩種不同催化劑，測量逸出氣體中氮氧化物含量，從而確定煙氣脫氮率，反應原理為：NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）以下說法正確的是

 

（注：脫氮率即氮氧化物轉化率）
A．上述反應的正反應為吸熱反應
B．相同條件下，改變壓強對脫氮率沒有影響
C．曲線①、②最高點表示此時平衡轉化率最高
D．催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,熱化學方程式,化學平衡建立的過程,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據平衡常數的定義判斷反應的方程式，根據平衡常數的表達式推斷；
（2）依據圖表數據分析，平衡常數隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應為放熱反應，逆反應為吸熱反應；結合化學平衡三段式列式計算平衡濃度；
（3）從平衡移動的角度分析各物理量的變化；
（4）A．溫度升高脫氨率降低，說明平衡向逆反應方向移動；
B．增大壓強平衡向逆反應方向移動；
C．最高點為催化劑活性最高的溫度；
D．根據圖象判斷，脫氨率最高的點對應的溫度應是最適宜溫度；

解答： 解：（1）平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數中，分子為生成物，分母為反應物，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）；
根據化學方程式可知：K₁=

c2(CO)

c(CO2)

，K₂=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

，K₃=

c(CO)×c(H2)

c(H2O)

，所以：K₃=K₁×K；
故答案為：K₃=K₁×K₂；
（2）依據圖表數據分析，平衡常數隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應為放熱反應，逆向反應為吸熱反應；結合化學平衡三段式列式計算平衡濃度，設一氧化碳轉化率x；
                       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）       0.02   0.02         0        0
變化量（mol/L）     0.02x   0.02x        0.02x    0.02x
平衡量（mol/L）0.02-0.02x  0.02-0.02x    0.02x    0.02x

(0.02x)2

(0.02-0.02x)2

=9
x=75%
故答案為：吸熱，75%；
（3）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖2所示．則
A．壓強不變，反應是吸熱反應，溫度升高，平衡向正反應移動，二氧化氮體積分數增大，所以T₁＜T₂，故A錯誤；
B．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B正確；
C．B、C兩點二氧化氮的體積分數相同，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增大，所以由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法，故D正確；
故答案為：BD；
（4）A．脫氨率達到最高點之后繼續升高溫度，脫氨率降低，說明平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，故A錯誤；
B．反應為體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應方向移動，故B錯誤．
C．圖象研究的是不同催化劑在不同的溫度下的活性比較，最高點為催化劑活性最大的狀態，與平衡轉化率無關，故C錯誤；
D．兩種催化劑分別在250℃和450℃左右催化效率最高，說明此時催化劑的活性最大，故D正確；
故選：D．

點評：本題考查化學反應速率與化學平衡移動問題，化學平衡常數及影響因素、意義，反應速率計算等，難度中等，本題注意分析圖象曲線的變化趨勢．