Question

6．汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一．
（1）CO₂是大气中含量最高的一种温室气体，控制和治理CO₂是解决温室效应的有效途径．目前，由CO₂来合成二甲醚已取得了较大的进展，其化学反应是：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0．
①写出该反应的平衡常数表达式$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
②判断该反应在一定条件下，体积恒定的密闭容器中是否达到化学平衡状态的依据是AD．
A．容器中密度不变                   B．单位时间内消耗2molCO₂，同时消耗1mol二甲醚
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3           D．容器内压强保持不变
（2）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线如图所示．据此判断：
①该反应的△H＞0（选填“＞”、“＜”）．
②当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率．
若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图中画出c（CO₂）在T₂、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（3）已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ•mol^-1．
①经测定不同温度下该反应的平衡常数如下：

温度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c（CO）=0.4mol•L^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol/L，则此时v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某温度下，在体积固定的2L的密闭容器中将1mol CO和2mol H₂混合，测得不同时刻的反应前后压强关系如下：

时间（min）	5	10	15	20	25	30
压强比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

达到平衡时CO的转化率为45%．

Answer 1

分析 （1）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
②可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）①T₁温度先到达平衡，则温度T₁＞T₂，升高温度二氧化碳的浓度减小，说明升高温度平衡正向移动，则正反应为吸热反应；
②若催化剂的表面积S₁＞S₂，由增大其表面积可提高化学反应速率，故T₂、S₂条件下到达平衡时间比T₂、S₁的时间更长，但不影响化学平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度不变；
（3）①计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断v_正、v_逆相对大小；
②20min、25min、30min时反应后压强与反应前压强比相同，故20min时到达平衡，根据压强比计算平衡时混合气体总物质的量，再利用差量法计算反应的CO物质的量，进而计算CO转化率．

解答 解：（1）①2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②A．混合气体总质量不变，容器容积不变，容器中密度始终不变，故A错误；
B．单位时间内消耗2molCO₂，同时消耗1mol二甲醚，而消耗1mol二甲醚会生成2molCO₂，二氧化碳的生成与消耗速率相等，反应到达平衡，故B正确；
C．未指明正逆速率，不能确定是否到达平衡，若分别表示正、逆速率，反应到达平衡，故C错误；
D．反应前后混合气体物质的量发生变化，恒温恒容下，容器内压强变化，但容器内压强保持不变说明得到平衡，故D正确，
故选：BD；
（2）①T₁温度先到达平衡，则温度T₁＞T₂，升高温度二氧化碳的浓度减小，说明升高温度平衡正向移动，则正反应为吸热反应，故△H＞0，故答案为：＞；
②若催化剂的表面积S₁＞S₂，由增大其表面积可提高化学反应速率，故T₂、S₂条件下到达平衡时间比T₂、S₁的时间更长，但不影响化学平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度不变，在图中画出c（CO₂）在T₂、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为，
故答案为：；
（3）①此时浓度商Qc=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K=2.041，反应向逆反应进行，则v_正＜v_逆，故答案为：＜；
②20min、25min、30min时反应后压强与反应前压强比相同，故20min时到达平衡，平衡时混合气体总物质的量为（1+2）mol×0.7=2.1mol，则气体物质的量减小3mol-2.1mol=0.9mol，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△n
1                           2
0.45mol                     0.9mol
故CO转化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%，
故答案为：45%．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、化学平衡影响因素等，需要学生灵活运用基础知识分析解决问题，注意判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡，难度中等．