Question

7．汽车尾气和燃煤造成空气污染．

（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=+QkJ/mol
①反应的平衡常数和温度的关系如表：

温度/℃	700	800	830	1000	1200
平衡常数	0.4	0.6	1.0	1.1	1.7

写出该反应平衡常数表达式：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
向一个10L的密闭容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃时测得H2为lmol，此时V （正）＜V （逆）：（选填“＞”、“＜”）
②判断该反应在一定温度下，体积恒定的密闭容器中达到化学平衡状态的依据是BCE．
A．容器中密度不变
B．容器内压强保持不变
C．平均摩尔质量保持不变
D．v（CO₂）：v（H₂）=1：3
E．单位时间内消耗2mol CO₂，同时消耗1mol二甲醚
F．△H不变
（2）汽车尾气净化的主要原理为2NO（g）+2CO（g）?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1所示．
①在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）；
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，在上图中画出c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化趋势曲线．
（3）工业上用CO和H₂合成 CH₃OH：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
①现在容积均为1L的a、b、c三个密闭容器中分别充入1mol CO和2mol H₂的混合气体，控制温度进行反应，测得相关数据的关系如图2所示．下列说法正确的是c
a．正反应的△H＞0
b．反应进行到5min时，b容器中v正=v逆
c．减压可使甲醇的含量由b点变成c点
d．达到平衡时，a、b、c中CO的转化率为b＞a＞c
②某温度下，在体积固定的4L密闭容器中将1molCO和2molH₂混合，测得不同时刻的反应前后压强关系如表：

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根据化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比列式；
②向一个10L的密闭容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃时测得H2为lmol，计算此时的浓度商Qc，与830℃时的K做比较可得反应进行的方向；
③根据化学平衡时正逆反应速率相等，各组分含量保持不变分析选项；
（2）①由图可知，T₂温度平衡时，二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
②接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同；
（3）①a．根据升高温度平衡移动的方向判断反应热；
b．未到达平衡前，升高温度甲醇的含量增大，到达平衡后再升高温度，平衡向逆反应方向移动，甲醇的含量降低，而5min时，b容器中甲醇的含量不一定最高，不一定是平衡状态；
c．b中的平衡状态转变成c中的平衡状态，甲醇的体积分数减小，说明平衡逆向移动，根据方程式的特点，升高温度或减压都可以；
d．根据温度对平衡的影响来判断，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小；
②温度、体积不变的可逆反应中，气体的压强之比等于其物质的量之比，据此计算反应后气体体积的物质的量，从而计算CO反应的物质的量，根据CO反应的物质的量计算其转化率．

解答 解：（1）①反应2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）的化学平衡常数K=$\frac{C（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②向一个10L的密闭容器中充入10mol CO₂和7molH₂，830℃时测得H2为lmol，列三段式：
                 2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
c始：1              0.7                0                      0
c转：0.2           0.6                0.1                   0.3
c（某时刻）：0.8           0.1                0.1                   0.3
由图表可知830℃时的K=1，则此时的浓度商Qc=$\frac{0．{3}^{3}×0.1}{0．{8}^{2}×0．{1}^{6}}$＞1，故此时反应向着逆方向进行，V （正）＜V （逆）；
故答案为：＜；
②A．混合气体的总质量不变，恒容混合气体的体积不变，容器中密度始终不变，故A错误；
B．反应的气体数目发生改变，恒容则压强改变，平衡时，压强保持不变，故B正确；
C．混合气体的总质量不变，混合气体的总的物质的量变小，平均摩尔质量变大，平衡时，保持不变，故C正确；
D．v（CO₂）：v（H₂）=1：3，未说明正逆方向，故D错误；
E．单位时间内消耗2mol CO₂，说明生成1mol二甲醚，同时消耗1mol二甲醚，说明二甲醚的含量保持不变，化学平衡，故E正确；
F．反应△H不变，故F错误；
故答案为：BCE；
（2）①由图可知，T₂温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化学计量数之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s）；
故答案为：0.025mol/（L•s）；
②接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同，故c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：；
故答案为：；
（3）①a．升高温度，甲醇的百分含量减小，说明正反应是放热反应，则△H＜0，故a错误；
b．5min时，b容器中甲醇的含量不一定最高，不一定是平衡状态，则v（正）、v（逆）那样的相等，故b错误；
c．b中的平衡状态转变成c中的平衡状态，甲醇的体积分数减小，说明平衡逆向移动，反应物的化学计量数之和大于生成物的，应是减小压强平衡逆向移动，故c正确；
d．达到平衡时，a、b、c三个容器的反应温度不同，a容器温度最低，c容器的反应温度最高，根据反应放热可判断出，升高温度，平衡逆向移动，甲醇的体积分数减小，故应为a＞b＞c，故d错误；
故答案为：c；
②温度、体积不变的可逆反应中，气体的压强之比等于其物质的量之比，15min，压强比（P_后/P_前）=0.80，则反应后气体的物质的量=3mol×0.80=2.40mol，气体减少的物质的量=3mol-2.4mol=0.6mol，根据气体减少的物质的量与CO之间的关系式知参加反应的CO的物质的量$\frac{0.9mol}{2}$=0.45mol，则CO的转化率为$\frac{0.45}{1}×100%$=45%；
故答案为：45%．

点评 本题考查盖斯定律、化学平衡移动和物质的量计算，难度中等，其中热化学方程式书写，和焓变的计算，并能分析化学平衡中转化率曲线的变化，掌握基础是解题关键．