Question

6．汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（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＞0．
①寫出該反應的平衡常數表達式$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
②判斷該反應在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達到化學平衡狀態的依據是AD．
A．容器中密度不變                   B．單位時間內消耗2molCO₂，同時消耗1mol二甲醚
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3           D．容器內壓強保持不變
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如圖所示．據此判斷：
①該反應的△H＞0（選填“＞”、“＜”）．
②當固體催化劑的質量一定時，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，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
（3）已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ•mol^-1．
①經測定不同溫度下該反應的平衡常數如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時刻、250℃測得該反應的反應物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol•L^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol/L，則此時v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1mol CO和2mol H₂混合，測得不同時刻的反應前后壓強關系如下：

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的轉化率為45%．

Answer 1

分析 （1）①化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
②可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（2）①T₁溫度先到達平衡，則溫度T₁＞T₂，升高溫度二氧化碳的濃度減小，說明升高溫度平衡正向移動，則正反應為吸熱反應；
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學反應速率，故T₂、S₂條件下到達平衡時間比T₂、S₁的時間更長，但不影響化學平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度不變；
（3）①計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷v_正、v_逆相對大小；
②20min、25min、30min時反應后壓強與反應前壓強比相同，故20min時到達平衡，根據壓強比計算平衡時混合氣體總物質的量，再利用差量法計算反應的CO物質的量，進而計算CO轉化率．

解答 解：（1）①2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②A．混合氣體總質量不變，容器容積不變，容器中密度始終不變，故A錯誤；
B．單位時間內消耗2molCO₂，同時消耗1mol二甲醚，而消耗1mol二甲醚會生成2molCO₂，二氧化碳的生成與消耗速率相等，反應到達平衡，故B正確；
C．未指明正逆速率，不能確定是否到達平衡，若分別表示正、逆速率，反應到達平衡，故C錯誤；
D．反應前后混合氣體物質的量發生變化，恒溫恒容下，容器內壓強變化，但容器內壓強保持不變說明得到平衡，故D正確，
故選：BD；
（2）①T₁溫度先到達平衡，則溫度T₁＞T₂，升高溫度二氧化碳的濃度減小，說明升高溫度平衡正向移動，則正反應為吸熱反應，故△H＞0，故答案為：＞；
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學反應速率，故T₂、S₂條件下到達平衡時間比T₂、S₁的時間更長，但不影響化學平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度不變，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為，
故答案為：；
（3）①此時濃度商Qc=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K=2.041，反應向逆反應進行，則v_正＜v_逆，故答案為：＜；
②20min、25min、30min時反應后壓強與反應前壓強比相同，故20min時到達平衡，平衡時混合氣體總物質的量為（1+2）mol×0.7=2.1mol，則氣體物質的量減小3mol-2.1mol=0.9mol，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△n
1                           2
0.45mol                     0.9mol
故CO轉化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%，
故答案為：45%．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態判斷、化學平衡影響因素等，需要學生靈活運用基礎知識分析解決問題，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡，難度中等．