Question

2013年9月，中国华北华中地区发生了严重的雾霆天气，北京、河北、河南等地的空气污染升为6级空气污染，属于重度污染。汽车尾气、燃煤废气、冬季取暖排放的CO₂等都是雾履形成的原因。
（1）汽车尾气净化的主要原理为;2NO(g)＋2CO(g)N₂（g)＋2CO₂（g)　 △H＜0，在一定温度下，在一体积固定的密闭容器中充入一定量的NO和CO在t₁时刻达到平衡状态。
①能判断该反应达到平衡状态的标志是＿＿＿＿。

A．在单位时问内生成1mol CO2的同时消耗了lmol CO

B．混合气体的密度不再改变

C．混合气体的平均相对分子质量不再改变

D．混合气体的压强不再变化

②在t₂时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，在其他条件不变的情况下，t₃时刻达到新的平衡状态，之后不再改变条件。请在右图中补充画出从t₂到t₄时刻正反应速率随时间的变化曲线：

③若要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施有_____、____。（写出2个）
(2）改变煤的利用方式可减少环境污染，通常可将水蒸气通过红热的碳得到水煤气，其反应原理为C(s)＋H₂O(g)CO(g)＋H₂(g) △H＝+131.3kJ/mol。
①该反应在___下能自发进行（填“高温”或“低温”）。
②煤气化过程中产生的有害气体H₂S可用足量的Na₂C0₃溶液吸收，该反应的离子方程式为____。（已知：H₂S： K_a1＝9.1×10^-8；K_a2＝1.1×10^-12。H₂CO₃：K_a1＝4.30×10^-7；K_a2＝5.61×10^-11）
(3）已知反应：CO(g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g），现将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通人到体积为2L的恒容密闭容器中进行反应，得到如下三组数据：

实验	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

 
①实验1条件下平衡常数K＝______（保留小数点后二位）。
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a、b必须满足的关系是______。
③该反应的△H ______0(填“＜”或“＞”）；若在900⁰C时，另做一组实验，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H₂O,2mo1 CO₂,5mol H₂，则此时υ_正______υ_逆（填“＜”，“＞”，“＝”）。

Answer 1

（1）①CD（2分） ②（2分）
③增大压强、向容器中再充入CO气体（2分）
（2）①高温（1分）②CO₃^2-+H₂S＝HCO₃^-+HS^-
（3）①2.67（2分） ②a＜b（2分） ③＜（1分）；＜（2分）

解析试题分析：（1）①在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，则A、在单位时问内生成1mol CO₂的同时消耗了lmol CO，二者的反应方向是一致的，在任何条件下均成立，不能说明反应达到平衡状态，A不正确；B、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此混合气体的密度不再改变不能说明反应达到平衡状态，B不正确；C、混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量不再改变可以说明反应达到平衡状态，C正确；D、正方应是体积减小的可逆反应，即压强是减小的，因此混合气体的压强不再变化可以说明反应达到平衡状态，D正确，答案选CD。
②t₂时刻是平衡状态，此时将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，压强降低，正逆反应速率均瞬间降低，平衡向逆反应方向移动，因此在其他条件不变的情况下，其图像可以表示为。
③若要同时提高该反应的速率和NO的转化率，则平衡必须向正反应方向移动。由于正方应是体积减小的放热的可逆反应，因此采取的措施有增大压强、向容器中再充入CO气体。
（2）①由热化学反应方程式可知，该反应为焓增、熵增过程，即△H＞0、△S＞0，必须满足△G=△H-T△S＜0反应才能自发进行，所以在高温下能够自发进行。
②由于K_a2＝5.61×10^-11＜K_a1＝9.1×10^-8＜K_a1＝4.30×10^-7、K_a2＝5.61×10^-11＞K_a2＝1.1×10^-12，所以氢硫酸能够与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠和硫氢化钠，反应的离子方程式为：CO₃^2-+H₂S＝HCO₃^-+HS^-。
(3)①     H₂O（g）+CO（g）CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度   1mol/L   2mol/L         0          0
转化浓度  0.8mol/L   0.8mol/l     0.8mol/l  0.8mol/l
平衡浓度 0.2mol/L  1.2mol/L     0.8mol/l  0.8mol/l
所以平衡常数K＝＝2.67
②增大水蒸气的浓度可以提高CO的转化率，因此实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a、b必须满足的关系是a＜b。
③根据表中1、2数据可知，实验1中CO的转化率为×100%=40%，实验2中CO的转化率为×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，则该反应的△H＜ 0；实验2条件下平衡常数，需要列式计算平衡浓度
H₂O（g）+CO（g）CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度   0.5mol/L   1mol/L         0          0
转化浓度  0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l  0.2mol/l
平衡浓度 0.3mol/L  0.8mol/L     0.2mol/l  0.2mol/l
则K==0.17
若在900⁰C时，另做一组实验，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H₂O,2mo1 CO₂,5mol H₂，则此时＝0.2＞0.17，这说明反应在向逆反应方向进行，因此υ_正＜υ_逆。
考点：考查反应自发性、平衡状态判断、外界条件对平衡状态的影响以及平衡常数的有关计算与应用