Question

3．2013年9月，中国华北华中地区发生了严重的雾霾天气，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等都是雾霾形成的原因．
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．在一定温度下，在一个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CD．
A．在单位时间内生成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．请在图中补充画出从t₂到t₄时刻正反应速随时间的变化曲线：
③若要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施有增大压强、增大CO浓度．（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C（g）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
①该反应在高温下能自发进行（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Na₂CO₃溶液吸收，该反应的离子方程式为CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-．[已知：Ka₁（H₂S）=9.1×10^-8，Ka₂（H₂S）=1.1×10^-12；Ka₁（H₂CO₃）=4.3×10^-7，Ka₂（H₂CO₃）=5.6×10^-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）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行反应，得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需的时间/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=2.67（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a＜b．
③该反应的△H＞0 （填“＜”或“＞”）；若在900℃时，另做一组实验，在此容器中加入l0mol CO、5mo1H₂O、2mo1CO₂、5mol H₂，则此时v（正）＜v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）①A．在单位时问内生成1mol CO₂的同时消耗了1mol CO，从反应开始到平衡，都符合这等量关系；
B．混合气体的密度不再改变，体积不变，反应体系都是气体，从反应开始到平衡，密度始终不变；
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明各物质的物质的量不变，达平衡状态；
D：混合气体的压强不再变化，说明各物质的物质的量不变，达平衡状态；
②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，相当于减小压强，正逆反应速率都比原来的小，平衡逆向移动，所V正＜V逆；
③若要同时提高该反应的速率和NO的转化率，外界条件增强，平衡正向移动；
（2）①根据△G=△H-T△S判断，△G＜0，反应自发进行；
②根据碳酸和氢硫酸的两步电离平衡常数进行比较氢硫酸与碳酸、碳酸氢根离子离子酸性大小，从而得出反应产物，写出反应的离子方程式；
第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时H₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；依据图表数据列式计算平衡浓度，结合（3）①根据平衡常数的表达式进行计算；
②如果a=b两者的转化率相等，CO的转化率大于水蒸气，相当于加入水蒸气，平衡正向移动；
③利用实验1与实验2温度变化比较平衡常数来判断反应热，依据浓度商和平衡常数比较分析判断．

解答 解：（1）①A．在单位时问内生成1mol CO₂的同时消耗了1mol CO，从反应开始到平衡，都符合这等量关系，故A不选；
B．混合气体的密度不再改变，体积不变，反应体系都是气体，从反应开始到平衡，密度始终不变，故B不选；
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明各物质的物质的量不变，达平衡状态，故C选；
D：混合气体的压强不再变化，说明各物质的物质的量不变，达平衡状态，故D选；
故答案为：CD；
②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，相当于减小压强，正逆反应速率都比原来的小，平衡逆向移动，所V正＜V逆，故图象为：，故答案为：；
③若要同时提高该反应的速率和NO的转化率，外界条件增强，平衡正向移动，措施是增大压强或向容器中充入CO气体，
故答案为：增大压强；向容器中充入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，
故答案为：高温；
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^-，
故答案为：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-；
（3）①根据实验1计算平衡常数，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 2mol/L 0 0
转化 0.8mol/L 0.8mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡 0.2mol/L 1.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
K=$\frac{0.8×0.8}{0.2×1.2}$=2.67，
故答案为：2.67；
②如果a=b两者的转化率相等，CO的转化率大于水蒸气，相当于加入水蒸气，平衡正向移动，则a＜b，
故答案为：a＜b；
③则实验1升高温度实验2，根据实验2计算平衡常数，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 0.5mol/L 1mol/L     0         0
转化 0.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡 0.3mol/L 0.8mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
K=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.167，温度升高K变小，温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，
按10mol C0，5mol H₂0，2mol C0₂，5mol H₂，分别加入该容器，
Qc=$\frac{2×5}{10×5}$=0.2＞K
反应逆向进行，v（正）＜v（逆），
故答案为：＞；＜．

点评 本题考查化学平衡和化学反应速率等知识，做题时注意把握影响平衡移动的因素以及平衡常数的有关计算，此为化学平衡常考查问题．