Question

实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．如图1是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

（1）该产业链中属于高中阶段常见的在低温下能自发进行的反应是：

 

（2）已知该产业链中某反应的平衡表达式为K=

c(H2)c(CO)

c(H2O)

：它所对应的化学反应为：

 

（3）已知在一定温度下，
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常数K1；
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常数K₂；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）  平衡常数K₃；
则K₁、K₂、K₃之间的关系是：

 

．
（4）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是

 

反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：

 

．
（5）从图1看出氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．下列说法正确的是

 

．
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
E．A、C两点的化学平衡常数：A＞C
（6）0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的上述产业链中一产品化肥硝酸铵溶液等体积混合后，溶液中各离子的物质的量浓度从大到小的顺序是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用化学平衡常数进行计算,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）生产氨气的反应放出大量的热，△G＜0能自发进行；
（2）根据平衡常数的定义判断反应的方程式；
（3）根据平衡常数的表达式推断；
（4）根据温度变化平衡常数的变化判断温度对化学平衡移动的影响，进而判断反应热，利用三段式法计算转化率；
（5）根据从平衡移动的角度分析各物理量的变化；
（6）考虑氨水为弱电解质，从弱电解质的电离和盐类的水解两个角度比较离子浓度的大小．

解答： 解：（1）生产氨气的反应放出大量的热，△G＜0能自发进行，氨水呈碱性，与酸发生中和反应，属于放热反应，在低温下易进行，故答案为：N₂+3H₂2NH₃或NH₃+HNO₃═NH₄NO₃；
（2）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，所以该反应的方程式为：C（s）+H₂O（g） CO（g）+H₂（g），故答案为：C（s）+H₂O（g） CO（g）+H₂（g）；
（3）根据化学方程式可知：K₁=

c 2(CO)

c(CO 2)

，K₂=

c(H 2)×c(CO 2)

c(CO)×c(H 2O)

，K₃=

c(CO)×c(H2)

c(H 2O)

，所以：K₃=

c(H 2)×c(CO 2)

c(CO)×c(H 2O)

×

c 2(CO)

c(CO 2)

=

c(CO)×c(H2)

c(H 2O)

=K₁×K₂，
故答案为：K₃=K₁×K₂；
（4）由表中数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，说明正反应为让热反应，
设平衡时转化的CO为xmol/L，
利用三段式法计算：
            CO（g）+H₂O（g） H₂（g）+CO₂（g），
起始：0.020mol/L     0.020mol/L        0      0
转化：xmol/L         xmol/L          x mol/L  x mol/L 
平衡：（0.02-x）mol/L：（0.02-x）mol/L  xmol/L xmol/L
则有：

x?x

(0.020-x)?(0.020-x)

=9
解之得：x=0.015，
所以转化率为：

0.015

0.02

=75%，故答案为：放热；75%；
（5）在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．则
A．A点压强小于C点的压强，压强越大，反应速率越大，则反应速率：A＜C，故A错误；
B．增大压强，平衡向正反应移动，但浓度的增大幅度大于转化的程度，所以C点浓度大，颜色深，故B错误；
C．B、C两点二氧化氮的体积分数相同，则混合气体的平均相对分子质量相同，故C错误；
D．在相同压强下，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则二氧化氮的体积分数增大，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，故D正确，
E．A、C两点温度相同，化学平衡常数应相等，故E错误；
故选：D；
（6）0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的上述产业链中一产品化肥硝酸铵溶液等体积混合后，设溶液的体积为1L，则反应后溶液中含有n（NO₃^-）=0.4mol，n（Na⁺）=0.2mol，
n（NH₄⁺）=0.2mol，n（NH₃?H₂O）=0.2mol，反应溶液呈碱性，NH₃?H₂O继续电离出NH₄⁺离子，则c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（NH₃?H₂O），由于弱电解质的电离程度较小，
则c（NH₃?H₂O）＞c（OH^-），溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），
所以各离子的物质的量浓度从大到小的顺序是c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评：本题考查较为综合，涉及知识点较多，难度较大，易错点为（1）和（6），注意把握比较溶液离子浓度的方法．