Question

【题目】“C1化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质（如CO、CO2、CH4、CH3OH等）为原料合成工业产品的化学工艺，对开发新能源和控制环境污染有重要意义。

（1）一定温度下，在两个容积均为2L的密闭容器中，分别发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0kJ/mol。相关数据如下：

容器	甲	乙
反应物投入量	1mol CO2(g)和3mol H2(g)	1mol CH3OH(g)和1mol H2O(g)
平衡时c(CH3OH)	c1	c2
平衡时能量变化	放出29.4kJ	吸收akJ

请回答：

①c1_____c2（填“>”、“<”或“＝”）；a=__________。

②若甲中反应10s时达到平衡，则用CO2来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是__________mol/(L·s)。

（2）压强为P1时，向体积为1L的密闭容器中充入bmol CO和2bmol H2，CO和氢气发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。请回答：

①该反应属于__________（填“吸”或“放”）热反应；P1__________P2（填“>”、“<”或“＝”）。

②100℃时，该反应的平衡常数K=__________（用含b的代数式表示）。

（3）治理汽车尾气的反应是2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H<0。在恒温恒容的密闭容器中通入n(NO):n(CO)=1:2的混合气体，发生上述反应。下列图像正确且能说明反应在进行到t1时刻一定达到平衡状态的是__________（选填字母）。

Answer 1

【答案】＝19.60.03放＜1/b2cd

【解析】

（1）①因为条件是等温等容，且乙转化到同一半边，投入量和甲相同，两个平衡为等效平衡，所以平衡时甲醇的浓度相等，即c1=c2；放出29.4kJ的热量消耗n(CO2)=29.4kJ÷49.0kJ/mol=0.6mol，生成0.6mol甲醇。由于是等效平衡，则乙中平衡时剩余甲醇是0.6mol，消耗甲醇是0.4mol，因此吸收的热量是0.4mol×49.0kJ/mol=19.6kJ。

②放出29.4kJ的热量消耗n(CO2)=29.4kJ÷49.0kJ/mol=0.6mol，浓度是0.3mol/L，则用二氧化碳表示的反应速率是v(CO2)=0.3mol/L÷10s=0.03 mol/(L·s)；

（2）①压强不变时，随着温度的升高CO的转化率降低，根据勒夏特列原理可知平衡向逆反应方向进行，正反应属于放热反应；由于正反应是体积减小的可逆反应，增大压强平衡向正反应方向进行，CO转化率增大，所以P1＜P2。

②100℃是CO的转化率为0.5，消耗n(CO)=0.5b，平衡时n(CO)=(b－0.5b)mol=0.5bmol，则根据方程式可知达到平衡时，n(H2)=(2b－2×0.5b)mol=bmol，n(CH3OH)=0.5b，由于体积是1L，则该温度下的化学平衡常数为K=；

（3）a、平衡常数与温度有关，温度不变，则平衡常数始终不变，所以平衡常数不能判断是否达到平衡状态，故a错误；

b、为物质的量随时间的变化，一氧化氮与二氧化碳物质的量相等时，各组分的量仍然继续变化，说明没有达到平衡状态，故b错误；

c、起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反应按1：1进行，随反应进行比例关系发生变化，从t1时刻起n（CO）：n（NO）不再变化，说明到达平衡，故c正确；

d、反应物的转化率不变，说明达平衡状态，故d正确；

答案选cd。