Question

如图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）已知该产业链中某反应的平衡表达式为：K=

[H2][CO]

[H2O]

它所对应反应的化学方程式为

 

．
已知在一定温度下，在同一平衡体系中各反应的平衡常数如下：
C（s）+CO₂（g）?2CO（g），K₁
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），K₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），K₃
则K₁、K₂、K₃之间的关系为

 

．
（2）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，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：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的逆反应方向是

 

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，反应达到平衡时CO的转化率为

 

．
（3）对于反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）-Q（Q＞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．两种不同的温度比较：T₁＞T₂
B．A、C两点的反应速率：A＜C
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，可以用加热的方法实现
（4）如图3，采用NH₃作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率，反应原理为：NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）以下说法正确的是

 

（注：脱氮率即氮氧化物转化率）
A．上述反应的正反应为吸热反应
B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
C．曲线①、②最高点表示此时平衡转化率最高
D．催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,化学平衡建立的过程,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据平衡常数的定义判断反应的方程式，根据平衡常数的表达式推断；
（2）依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应为放热反应，逆反应为吸热反应；结合化学平衡三段式列式计算平衡浓度；
（3）从平衡移动的角度分析各物理量的变化；
（4）A．温度升高脱氨率降低，说明平衡向逆反应方向移动；
B．增大压强平衡向逆反应方向移动；
C．最高点为催化剂活性最高的温度；
D．根据图象判断，脱氨率最高的点对应的温度应是最适宜温度；

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，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）；
根据化学方程式可知：K₁=

c2(CO)

c(CO2)

，K₂=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

，K₃=

c(CO)×c(H2)

c(H2O)

，所以：K₃=K₁×K；
故答案为：K₃=K₁×K₂；
（2）依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应为放热反应，逆向反应为吸热反应；结合化学平衡三段式列式计算平衡浓度，设一氧化碳转化率x；
                       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）       0.02   0.02         0        0
变化量（mol/L）     0.02x   0.02x        0.02x    0.02x
平衡量（mol/L）0.02-0.02x  0.02-0.02x    0.02x    0.02x

(0.02x)2

(0.02-0.02x)2

=9
x=75%
故答案为：吸热，75%；
（3）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），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．压强不变，反应是吸热反应，温度升高，平衡向正反应移动，二氧化氮体积分数增大，所以T₁＜T₂，故A错误；
B．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B正确；
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；
故答案为：BD；
（4）A．脱氨率达到最高点之后继续升高温度，脱氨率降低，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，故A错误；
B．反应为体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，故B错误．
C．图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较，最高点为催化剂活性最大的状态，与平衡转化率无关，故C错误；
D．两种催化剂分别在250℃和450℃左右催化效率最高，说明此时催化剂的活性最大，故D正确；
故选：D．

点评：本题考查化学反应速率与化学平衡移动问题，化学平衡常数及影响因素、意义，反应速率计算等，难度中等，本题注意分析图象曲线的变化趋势．