Question

14．氫是一種重要的非金屬元素．氫的單質及其化合物在科學研究和工業生產中有著廣泛而重要的作用．
（1）工業上一般采用CO和H₂反應合成可再生能源甲醇．反應如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1KJ•mol^-1在250℃下，將一定量的CO和H₂投入10L的密閉容器中，各物質的物質的量濃度（mol•L^-1）變化如表所示：（前6min沒有改變條件）

	2min	4min	6nin	8min	…
CO	0.07	0.06	0.06	0.05	…
H2	x	0.12	0.12	0.20	…
CH2OH	0.03	0.04	0.04	0.05	…

①x=0.14．
②250℃時該反應的平衡常數K的計算式為：$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$ （不必化簡）．
③若6min～8min只改變了某一條件，所改變的具體條件是加1 mol氫氣．
④第8min時，該反應是不是達到平衡狀態不是．（填“是”或“不是”）
（2）某硝酸廠處理尾氣中的NO的方法是用H₂將NO還原為N₂．已知：

H₂還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式是2NO（g）+2H₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①根據表中2min和4min時各種物質的濃度的變化量，結合轉化量之比等于方程式計量系數之比可計算出x；
②該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，將在250℃下，將4min時各物質平衡濃度帶入計算；
③根據6min到8min時各物質濃度的變化來確定改變條件；
④求出第8min時反應的濃度商Qc，與250℃時K做比較，若Qc=K反應達到平衡狀態；
（2）根據能量變化圖，則反應斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應共放出2797-2132=665kJ的熱量，據此寫出H₂還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式．

解答 解：（1）①從圖中可知，從2min到4min時各物質的濃度變化之比=△c（CO）：△c（H₂）：△c（CH₃OH）=（0.07-0.06）：（x-0.12）：（0.04-0.03），
化學反應中各物質的轉化量之比等于方程式的計量系數得：（0.07-0.06）：（x-0.12）：（0.04-0.03）=1：2：1，解得：x=0.14，
故答案為：0.14；
②250℃下，甲醇的平衡濃度是0.06mol/L，氫氣的平衡濃度是0.12mol/L，一氧化碳的平衡濃度是0.04mol/L，所以平衡常數為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$，
故答案為：$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$；
③對比6min和8min時各物質的濃度可知改變條件后反應反應向正方向進行，按照轉化量之比等于計量系數之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質的濃度應為：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣；
故答案為：加1 mol氫氣；
④第8min時反應的濃度商為：Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.05}{0.05×0.22}$=$\frac{1}{0.04}$≠K，所以此時沒有達到平衡狀態，
故答案為：不是；
（2）根據能量變化圖可知，則反應斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應共放出2797-2132=665kJ的熱量，則H₂還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式是：2NO（g）+2H₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665 kJ•mol^-1，
故答案為：2NO（g）+2H₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665 kJ•mol^-1．

點評 本題考查較為綜合，題目難度中等，涉及化學平衡移動的影響因素、化學平衡常數的計算和應用和蓋斯定律求反應熱，題目綜合性強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學計算能力．