题目内容

15.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.试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知某反应的平衡常数表达式为:K=$\frac{c({H}_{2})•c(CO)}{c({H}_{2}O)}$,它所对应反应的化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g).
(2)煤化工通常通过研究不同温度下的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)
该反应的平衡常数随温度的变化如表所示:
温度/℃400500800
平衡常数K9.9491
①该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c(C{O}_{2})?c({H}_{2})}{c(CO)?c({H}_{2}O)}$.
②该反应的正反应方向是放热反应(填“吸热”或“放热”);
③若在500℃时进行,设CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化为75%.
④800℃时,在固定容积的密闭容器中放入混合物,起始浓度为:c(CO)=0.01mol/L,c(H2O)=0.03mol/L,c(CO2)=0.01mol/L,c(H2)=0.05mol/L,则反应开始时,H2O的消耗速率比生成速率小(填“大”、“小”或“不能确定”).
(3)2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)反应过程中的能量变化如图所示:

又已知1molSO2(g)氧化为1molSO3(g)的△H=-99kJ•mol-1,请回答下列问题:
①图中E1、E2分别表示反应物总能、生成物总能量,E3的大小对该反应的反应热无(填“有”或“无”)影响.该反应通常用V2O5作催化剂,加V2O5会使图中B点降低(填“升高”或“降低”)△H不变(填“变大”、“变小”或“不变”),理由是因为催化剂可以降低反应的活化能,但不改变反应热.
②图中△H=-198kJ•mol-1.

分析 (1)根据平衡常数的定义判断反应的方程式;
(2)①根据平衡常数的表达式推断;
②温度升高K值减小,所以正反应为放热反应;
③令CO的浓度变化为c,用三段式表示出各物质变化的浓度、平衡时的浓度,再根据平衡常数计算;
④计算此时的浓度商Qc,与平衡常数比较判断反应进行方向,据此解答;
(3)①根据A、C分别表示反应物总能量的生成物总能量;
②根据参加反应SO2的物质的量之比等于对应的△H之比.

解答 解:(1)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,再结合质量守恒定律,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);
(2)①根据化学方程式可知:K=$\frac{c(C{O}_{2})?c({H}_{2})}{c(CO)?c({H}_{2}O)}$,故答案为:K=$\frac{c(C{O}_{2})?c({H}_{2})}{c(CO)?c({H}_{2}O)}$;
②温度升高K值减小,所以正反应为放热反应,故答案为:放热;
③对于反应:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),
开始(mol/L):0.02 0.02 0 0
变化(mol/L):c c c c
平衡(mol/L):0.02-c 0.02-c c c
所以$\frac{c×c}{(0.02-c)(0.02-c)}$=9,解得c=0.015,
所以CO的转化率$\frac{0.015}{0.02}$×100%=75%,
故答案为:75%;
④此时的浓度商Qc=$\frac{0.01×0.03}{0.01×0.05}$=0.6,小于平衡常数0.9,故反应向正反应进行,故H2O的消耗速率比生成速率小,
故答案为:小;
(3)①因图中A、C分别表示反应物总能量、生成物总能量;E3的为活化能,对该反应的反应热无影响,加催化剂降低反应的活化能,故答案为:反应物总能量;生成物总能量;无;不变;因为催化剂可以降低反应的活化能,但不改变反应热;
②因1mol SO2(g)氧化为1mol SO3的△H=-99kJ•mol-1,所以2mol SO2(g)氧化为2mol SO3的△H=-198kJ•mol-1,
则2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)△H=-198kJ•mol-1,故答案为:-198.

点评 本题考查化学平衡常数、平衡移动、反应过程的能量变化图以及运用盖斯定律进行反应热的相关计算等,题目较为综合,涉及多方面的知识,难度中等,本题中注意把握等效平衡的解题应用.

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