Question

【题目】(1)碳单质在工业上有多种用途。例如焦炭可用来制取水煤气、冶炼金属，活性炭可处理大气污染物NO。一定条件下，在2 L密闭容器中加入NO和活性炭(无杂质)反应生成气体A和B。当温度在T1 ℃时，测得各物质平衡时物质的量如下表：

	活性炭(mol)	NO(mol)	A(mol)	B(mol)
初始	2.030	0.100	0	0
平衡	2.000	0.040	0.030	0.030

在T1 ℃时，达到平衡共耗时2分钟，则NO的平均反应速率为________ mol·L－1·min－1；当活性炭消耗0.015 mol时，反应的时间________(填“大于”、“小于”或“等于”)1分钟。

(2)固定和利用CO2，能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体。工业上正在研究利用CO2来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式是：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。某科学实验小组将6 mol CO2和8 mol H2充入一容积为2 L 的密闭容器中(温度保持不变)，测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。回答下列问题：

①该反应在0～8min时，CO2的转化率是________。

②仅改变某一条件再进行实验，测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示。a、b、c、d四点中逆反应速率大小关系为_________，M、b、N三点中平衡常数K的大小关系是_______。

Answer 1

【答案】0.015 小于 33.3% d>c>b>a K(b)=K(M)>K(N)

【解析】

(1)根据v=计算v(NO)；由表中数据可知，2min平衡时活性炭变化量为2.03mol-2mol=0.03mol，平均1min消耗0.015molC(s)，但第一分钟反应速率较第二分钟快，故消耗0.015molC(s)时需要的时间小于1min；

(2)①反应在0～8min时，H2的变化物质的量为8mol-2mol=6mol，由CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可知，CO2变化物质的量为6mol×=2mol，则CO2的转化率=；

②a、b、c、d均是在相同温度下进行的，随着反应的进行，生成物的浓度越来越大，则逆反应速率越来越快；根据图知，改变条件I时，反应达到平衡时间缩短，说明化学反应速率加快，但是氢气转化率减小且初始氢气物质的量不变，平衡逆向移动；改变条件II时，反应达到平衡时间缩短，说明化学反应速率加快，但是氢气转化率增大且初始氢气物质的量不变，平衡正向移动；化学平衡常数只与温度有关，该反应是放热反应，升高温度平衡常数减小。

(1)由表中数据可知，2min平衡时NO变化量为0.1mol-0.04mol=0.06mol，故v(NO)==0.015mol/(Lmin)；由表中数据可知，2min平衡时活性炭变化量为2.03mol-2mol=0.03mol，平均1min消耗0.015molC(s)，但第一分钟反应速率较第二分钟快，故消耗0.015molC(s)时需要的时间小于1min；

(2)①反应在0～8min时，H2的变化物质的量为8mol-2mol=6mol，由CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可知，CO2变化物质的量为6mol×=2mol，则CO2的转化率===33.3%；

②a、b、c、d均是在相同温度下进行的，随着反应的进行，生成物的浓度越来越大，则逆反应速率越来越快，则a、b、c、d四点中逆反应速率大小关系为d>c>b>a；根据图知，改变条件I时，反应达到平衡时间缩短，说明化学反应速率加快，但是氢气转化率减小且初始氢气物质的量不变，平衡逆向移动，改变的体积是升高温度；改变条件II时，反应达到平衡时间缩短，说明化学反应速率加快，但是氢气转化率增大且初始氢气物质的量不变，平衡正向移动，改变的条件是增大压强，该反应是放热反应，升高温度化学平衡常数减小，温度不变化学平衡常数不变，则I高于原来温度、II和原来温度相同，则M、b、N三点中平衡常数K的大小关系是K(b)=K(M)>K(N)。