题目内容
【题目】（1）随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫(SO2)排放量减少8%，氮氧化物(NOx)排放显减少10%，二氧化碳(CO2)的排放量也要大幅减少。
①已知反应：NO2(g)+SO2(g)
SO3(g)+NO(g)，一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是____(填字母)。
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化
D．每消耗1molSO3的同时生成1 molNO2
②CO2可转化成有机物 CH3OH实现碳循环。在1L的密闭容器中，充入lmolCO2和 3molH2，一定条件下反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)=_______
③工业上，CH3OH 也可由CO和H2合成。参考合成反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数。下列说法正确的是_____。（双选）
温度/℃ | 0 | 100 | 200 | 300 | 400 |
平衡常数 | 667 | 13 | 1.9×10-2 | 2.4×10-4 | 1×10-5 |
A．该反应正反应是放热反应
B．该反应在低温下不能自发进行，高温下可自发进行
C．在T℃时，1L密闭容器中投入0.1molCO和 0.2molH2，达到平衡时，CO转化率为 50%，则此时的平衡常数为100
D．工业上采用稍高的压强(5MPa)和250℃，是因为此条件下，原料气转化率最高
（2）以NH3与CO2为原料可以合成尿素[CO(NH2)2]，涉及的化学反应如下：
反应I：2NH3(g)+CO2(g)
NH2CO2NH4(s) ΔH1=159.5 kJ·mol1；
反应II：NH2CO2NH4(s)
CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+116.5 kJ·mol1；
H2O(g) ΔH3=+44.0 kJ·mol1。
则反应IV：NH3与CO2合成尿素同时生成液态水的热化学方程式为_________。
（3）T1℃时，向容积为2L的恒容密闭容器中充入n(NH3)∶n(CO2)=2∶1的原料气，使之发生反应IV，反应结束后得到尿素的质量为30g，容器内的压强(p)随时间(t)的变化如图1所示。（M(尿素)=60g/mol）
①T1℃时，该反应的平衡常数K的值为______。
②图2中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为____（填曲线标记字母）
【答案】B 0.225mol·L－1·min－1 AC 2NH3(g)+CO2(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH＝87.0 kJ·mol1 128(mol/L)-3 a
【解析】
(1)①达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变；
②根据v=
计算出v(CH3OH)，然后根据速率之比等于化学计量数之比求出v(H2)；
③A．由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动；B．根据△G=△H-T△S判断，△G＞0，反应不能自发进行；△G＜0，反应自发进行；C．利用三段式计算出平衡时平衡混合物各组分的浓度，代入平衡常数的表达式计算；D．由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，不利用原料气转化；
(2)先写出NH3与CO2合成尿素同时生成液态水的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)，根据该化学方程式、利用盖斯定律I+II-III得到NH3与CO2合成尿素同时生成液态水的热化学方程式；
(3)①平衡常数是生成物浓度幂积与反应物浓度幂积之比，反应结束后得到尿素的物质的量为
=0.5mol，利用反应的三段式计算出平衡时c(NH3)、c(CO2)，将其代入平衡常数表达式求出平衡常数K的值；
②反应 IV为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-87.0kJmol-1，该反应正向放热，由于平衡常数k只与温度有关，所以升高温度，反应逆向移动。
(1)①A．无论是否达到平衡，体系压强都保持不变，不能用于判断是否达到平衡状态，故A错误；B．混合气体颜色保持不变，说明浓度不变，达到平衡状态，故B正确；C．混合气体的总质量和总物质的量，无论是否达到平衡，二者均始终保持不变，即合气体的平均相对分子质量始终不变，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；D．物质的量之比等于化学计量数之比，则每消耗1mol SO3的同时生成1molNO2，不能判断是否达到平衡状态，故D错误；故答案为B。
②由图象可知：v(CH3OH)=
=0.075 mol·L－1·min－1，v(H2)=3v(CH3OH)=0.225mol·L－1·min－1；
③A．由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为放热反应，故A正确；B．反应为放热反应△H＜0，△G=△H-T△S＜0，当△S＜0时，反应能自发进行，且高温和低温下，均可以自发进行，故B错误；
C．对于可逆反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
开始(mol/L) 0.1 0.2 0
变化(mol/L) 0.05 0.1 0.05
平衡(mol/L) 0.05 0.1 0.05
所以平衡常数k=
==100，故C正确；D．增大压强，平衡向正反应移动，有利于原料气转化。由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，故升高不利用原料气转化，采取250℃温度，考虑反应速率与催化剂的活性，故D错误；故答案为AC；
(2)NH3与CO2合成尿素同时生成液态水的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)，根据盖斯定律I+II-III有：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-159.5kJmol-1+(+116.5kJmol-1)-(+44.0kJmol-1)=-87.0kJmol-1；
(3)①设起始n(CO2)=x，则n(NH3)=2x，平衡时生成尿素的物质的量为=0.5mol，反应IV的三段式为
2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)
起始量(mol) 2x x 0
变化量(mol)1 0.5 0.5
平衡量(mol)
根据恒温恒容条件下，气体的物质的量之比等于压强之比有3x：(2x-1+x-0.5+0.5)=9：3，x=0.75mol，平衡时c(NH3)=
=0.25mol/L、c(CO2)=0.125mol/L，平衡常数k=
=
=128；
②2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-87.0kJmol-1，该反应正向放热，所以升高温度，反应逆向移动，k减小，即平衡常数k随温度升高而减小，故答案为a。
