Question

9．“Cl化學”是指以碳單質或分子中含有1個碳原子的物質（如CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等）為原料合成工業產品的工藝，對開發新能源和控制環境污染有重要意義．

（1）一定溫度下，在兩個容積均為2L的密閉容器中，分別發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol相關數據如下

容器	甲	乙
反應物投入量	1molCO2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH和1molH2O（g）
平衡時c（CH3OH）	c1	c2
平衡時能量變化	放出29.4kJ	吸收akJ

請回答：①c₁=c₂（填“＞”“＜”或“=”），a=19.6
②若甲中反應10s時達到平衡，則用CO₂來表示甲中反應從開始到平衡過程中的平均反應速率是0.03mol）L．s）
（2）壓強為p₁時，向體積為1L密閉容器中充入bmolCO和2bmolH₂，發生反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
，平衡時CO的轉化率與溫度、壓強的關系如圖1所示，請回答：
①該反應屬于放（填“吸”或“放”）熱反應，p₁＜p₂（填“＞”“＜”或“=”）
②100℃時，該反應的平衡常數K=$\frac{1}{{b}^{2}}$（用含b的代數式表示）
（3）治理汽車尾氣的反應是2NO（g）+2CO（g）?2CO₂+N₂（g）在常溫下能夠自發進行，則它的△H＜0．（填＞、＜）．在恒溫容的密閉容器中通入n（NO）：n（CO）=1：2的混合氣體，發生上述反應，下列圖象說明反應在進行到t₁時刻一定達到平衡狀態的是cd（選填字母）

Answer 1

分析 （1）①甲、乙是完全等效平衡，平衡時甲醇的濃度相等，甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ；
②據放出的熱量計算參加反應二氧化碳的物質的量，再根據$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
（2）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CO的轉化率越低，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大；
②100°C時CO的轉化率為50%，據此計算參加反應的CO物質的量，再利用平衡三段式列式計算平衡時各組分物質的量，由于容器的體積為1L，利用物質的量代替濃度代入平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算；
（3）該反應為熵減的反應，而△G=△H-T△S＜0，反應自發進行；
a．平衡常數與溫度有關，溫度不變，則平衡常數始終不變；
b．t₁時刻CO與二氧化碳濃度相等時，t₁時刻后二者分濃度仍然繼續變化；
c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反應按1：1進行，隨反應進行比例關系發生變化，從t₁時刻起n（CO）：n（NO）不再變化，說明到達平衡；
d．到達平衡時，反應物的轉化率不變．

解答 解：（1）①恒溫恒容條件下，乙的投料量極端轉化為甲相當于投1mol CO₂（g）和3mol H₂（g），所以兩者是完全等效平衡，平衡時甲醇的濃度相等，所以c₁=c₂，甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ，則a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案為：=；19.6；
②甲中平衡時，放出熱量為29.4kJ，所以參加反應的二氧化碳為$\frac{29.4kJ}{49.0kJ}$×1mol=0.6mol，故v（CO₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{10s}$=0.03mol/（L•min），
故答案為：0.03；
（2）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CO的轉化率越低，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，升高溫度平衡向吸熱反應進行，故正反應為放熱反應；
由圖象可知，相同溫度下P₂壓強下CO轉化率大于P₁壓強下CO轉化率，正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，所以P₁＜P₂，
故答案為：放；＜；
②100°C時CO的轉化率為50%，故參加反應CO為0.5b mol，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：b      2b         0
變化量（mol）：0.5b   b         0.5b
平衡量（mol）：0.5b   b         0.5b
由于容器的體積為1L，利用物質的量代替濃度計算平衡常數，故平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5b}{0.5b×{b}^{2}}$=$\frac{1}{{b}^{2}}$，
故答案為：$\frac{1}{{b}^{2}}$；
（3）該反應為熵減的反應，而△G=△H-T△S＜0，反應自發進行，由于該反應在在常溫下能夠自發進行，故△H＜O；
a．平衡常數與溫度有關，溫度不變，則平衡常數始終不變，故a錯誤；
b．t₁時刻CO與二氧化碳濃度相等時，t₁時刻后二者分濃度仍然繼續變化，說明沒有達到平衡狀態，故b錯誤；
c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反應按1：1進行，隨反應進行比例關系發生變化，從t₁時刻起n（CO）：n（NO）不再變化，說明到達平衡，故c正確；
d．反應物的轉化率不變，說明達平衡狀態，故d正確；
故答案為：＜；cd．

點評 本題考查化學平衡的有關計算、等效平衡、平衡常數計算、化學平衡狀態判斷等，（1）中關鍵是對等效平衡規律的理解掌握，題目難度中等．