Question

3．减少污染、保护环境是全世界最热门的课题．请回答下列问题：
（1）为减少SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料．已知：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3kJ/mol；
②洗涤含SO₂的烟气，以下物质可作洗涤剂的是ab；
a．Ca（OH）₂            b．Na₂CO₃              c．CaCl₂          d．NaHSO₃、
（2）污染物CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①在恒容体系中，可以判断反应达到平衡状态的依据是AC填序号）．
a． v_正（CH₃OH）=v_逆（CO）                b． 混合气体的密度不变
c． 混合气体的平均相对分子质量不变    d． c（CO）：c（H₂）：c（ CH₃OH）=1：2：1
②在密闭容器中充有10molCO与20molH₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图，M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q．
（3）汽车尾气中NO_x和CO的生成及转化为：
①已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移．
②若加入1mol空气（含有0.8molN₂和0.2molO₂），1300℃时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10^-4mol．计算5s内该反应的平均速率ν（NO）和该温度下的平衡常数K（写出计算过程，计算过程中数据可作近似处理）
③汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：
2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0，该设想能否实现？否（选填“能”或“不能”），依据是该反应是焓增，熵减的反应，根据△H-T•△S＞0，任何温度下均不能自发进行．
④目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学反应方程式为2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）①已知：a、H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.8 kJ/mol，
b、C （s）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=CO （g）；△H=-110.5kJ/mol，利用盖斯定律，将②-①可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）利用盖斯定律计算反应热；
②根据酸性氧化物的性质选择；
（2）①可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小；相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大；
（3）①依据化学反应速率和平衡移动原理分析判断；
②计算出平衡时各种物质的物质的量，结合平衡常数的表达式以及v=$\frac{△n}{△t}$来计算；
③依据反应自发进行的条件是△H-T△S＜0分析判断；
④根据CO和NO反应生成物为氮气和二氧化碳书写．

解答 解：（1）①已知：a、H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.8 kJ/mol，
b、C （s）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=CO （g）；△H=-110.5kJ/mol，
利用盖斯定律，将②-①可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3 kJ/mol；
②洗涤含SO₂的烟气，SO₂是酸性氧化物，应选a．Ca（OH）₂，b．Na₂CO₃，故答案为：ab；
（2）①．v_正（CH₃OH）=v_逆（CO）说明正逆反应速率相等，能作为判断平衡状态的依据，故正确；
B．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误；
C．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，故正确；
D．反应达到平衡状态时，CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，c（CO）：c（H₂）：c（ CH₃OH）=1：2：1不能说明这一点，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误；
故选AC；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小，根据图象知，温度：M=N＜Q，则若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q；相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图象知，p₁小于p₂，
故答案为：K_M=K_N＞K_Q．
（3）①气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移；
故答案为：温度升高，反应速率加快，平衡右移；
②已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若气缸中进入1mol空气（1mol空气含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol，反应前后气体物质的量相同，计算平衡常数时可以用物质的量代替平衡浓度计算，先计算物质的平衡量，N₂为0.8mol-4×10^-4 mol，O₂为0.2mol-4×10^-4 mol，带入平衡常数表达式即可，书写计算得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{8×1{0}^{-4}}{0.8-4×1{0}^{-4}（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，5s内该反应的平均速率ν（NO）=$\frac{8×1{0}^{-4}}{5}$mol/s=1.6×10^-4mol/s，答：5s内该反应的平均速率ν（NO）和该温度下的平衡常数分别是1.6×10^-4mol/s、4×10^-6；
③2CO（g）=2C（s）+O₂（g）已知该反应的△H＞0，反应是焓变增大，熵变减小的反应，△H＞0，△S＜0，则△H-T△S＞0，反应任何温度下都不能自发进行；
故答案为：否；该反应是焓增，熵减的反应，根据△H-T•△S＞0，任何温度下均不能自发进行；
④汽车尾气系统装置中CO和NO反应生成物为氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律应用、影响平衡移动的因素、汽车尾气的处理等知识，是高考的热点题型，解题时利用盖斯定律求反应热注意方程式变形时，△H的符号和数值，注意影响化学平衡状态的判断是高频考点，题目难度中等．