Question

7．雾霾已经成为社会各界共同关注的热门话题，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一．
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）
①该反应在低温下能自发进行，该反应的△H＜ 0．（选填“＞”、“＜”）
②在某一绝热、恒容的密闭容器中充入一定量的NO、CO发生上述反应，测得正反应的速率随时间变化的曲线如图1所示（已知：t₂-t_l=t₃-t₂）．

则下列说法不正确的是D．（填编号）
A．反应在c点未达到平衡状态
B．反应速率a点小于b点
C．反应物浓度a点大于b点
D．NO的转化率：t₁～t₂＞t₂～t₃
（2）煤的综合利用有利于减少环境污染．合成氨工业原料气的来源之一水煤气法，在催化剂存在条件下有下列反应：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₁
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₃
①△H₃和△H₁、△H₂的关系为△H₃=△H₁+△H₂．
②在恒温条件下，将l mol CO和1mol H₂O（g）充入某固定容积的反应容器，达到平衡时有50%的CO转化为CO₂．在t₁时保持温度不变，再充入1mol H₂O（g），请在图2中画出t₁时刻后H₂的体积分数变化趋势曲线．（t₂时刻重新达到平衡）

Answer 1

分析 （1）①根据△G=△H-T△S判断，△G＜0，反应自发进行；
②c点反应速率还再变化，而不是固定不变，只有不再随时间的变化而变化，才是平衡状态；经分析该反应是放热反应，反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，所以图象开始阶段反应速率逐渐增大；随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小；NO的转化量，看t_l～t₂段＜t₂～t₃段的斜率大小判断．
（2）①根据盖斯定律可知△H₃=△H₁+△H₂；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量         1          1                0             0
转化量         0.5     0.5               0.5        0.5
平衡量        0.5     0.5                0.5        0.5
平衡常数k=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1；
有50%的CO转化为CO₂；则n（H₂）=n（CO）_转化=0.5mol，刚充入1mol H₂O时氢气的体积分数为$\frac{0.5}{3}$=$\frac{1}{6}$；
但是平衡向右移动，设达新平衡时氢气的物质的量为x，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
2       1       0       0
x       x       x       x
2-x    1-x      x       x
k=$\frac{{x}^{2}}{（2-x）（1-x）}$=1 
x=$\frac{2}{3}$
新平衡时氢气的体积分数为$\frac{\frac{2}{3}}{3}$=$\frac{2}{9}$；
故图象的起点为$\frac{1}{6}$，终点为$\frac{2}{9}$．

解答 解：（1）①由热化学反应方程式可知，该反应为熵减小过程，即△S＞0，要使反应在低温下能够自发进行，必须满足△G=△H-T△S＜0，可知反应放热△H＜0，
故答案为：＜；
②A．根据图象可知c点反应速率还再变化，因此不是平衡状态，故A正确；
B．反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，开始阶段反应速率逐渐增大，反应速率a点小于b点，故B正确；
C．随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，所以a点反应物的浓度大于b点，故C正确；
D．根据曲线的斜率：t_l～t₂段＜t₂～t₃段，可知t₂～t₃段反应速率快，反应物的转化率大，故D错误；
故答案为：D；
（2）下列反应：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+h₂（g）△H₁
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₃
①根据盖斯定律可知△H₃=△H₁+△H₂，故答案为△H₁+△H₂；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量         1          1                0             0
转化量         0.5     0.5               0.5        0.5
平衡量        0.5     0.5                0.5        0.5
平衡常数k=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1；
有50%的CO转化为CO₂；则n（H₂）=n（CO）_转化=0.5mol，刚充入1mol H₂O时氢气的体积分数为$\frac{0.5}{3}$=$\frac{1}{6}$；
但是平衡向右移动，设达新平衡时氢气的物质的量为x，
H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
2       1       0       0
x       x       x       x
2-x    1-x      x       x
k=$\frac{{x}^{2}}{（2-x）（1-x）}$=1 
x=$\frac{2}{3}$
新平衡时氢气的体积分数为$\frac{\frac{2}{3}}{3}$=$\frac{2}{9}$；
故图象的起点为$\frac{1}{6}$，终点为$\frac{2}{9}$；t_l时刻后H₂的体积分数变化趋势曲线为，
故答案为：．

点评 本题考查了盖斯定律求焓变、化学平衡影响因素，平衡常数概念计算应用，注意平衡的条件分析是解题关键，题目难度中等．