Question

20．“Cl化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质（如CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等）为原料合成工业产品的化学工艺，对开发新能源和控制环境污染有重要意义
（1）一定温度下，在两个容积均为2L的密闭容器中，分别发生反应：CO₂ （g）+3H₂（g）?CH₃OH g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．相关数据如下：

容器	甲	乙
反应物投入量	1mol CO2（g）和3mol H2（g）	1mol CH3OH（g）和1mol H2O（g）
平衡时c（CH3OH）	c1	c2
平衡时能量变化	放出29.4kJ	吸收 a kJ

请回答：①c₁=c₂（填“＞”、“＜”或“=”）；a=19.6．
②若甲中反应10s时达到平衡，则用CO₂来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是0.03mol/（L•S）
（2）压强为p1时，向体积为1L的密闭容器中充入b mol CO 和2b mol H₂，发生反应CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图1所示．请回答：①该反应属于放（填“吸”或“放”）热反应；p₁ ＜p₂（填“＞”、“＜”或“=”）
②100℃时，该反应的平衡常数K=$\frac{1}{{b}^{2}}$（用含b的代数式表示）．
（3）一定条件下，治理汽车尾气的反应是2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．在恒温恒容的密闭容器中通入n（NO）：n（CO）=1：2的混合气体，发生上述反应．下列图象正确且能说明反应在进行到t₁时刻一定达到平衡状态的是cd（选填字母）．

Answer 1

分析 （1）①应用恒温恒容条件下的等效平衡知识来解决；甲、乙是等效平衡，则甲中放出的热量与乙中吸收的热量之和为49.0kJ；
②平衡时能量变化放出29.4kJ，求平衡时各组分的浓度，然后求平均反应速率；
（2））①根椐温度的变化来判断反应热，依据反应是气体体积减小的反应，铜温度下增大压强平衡正向进行；
②100°C时一氧化碳的转化率为50%，结合平衡三段式列式计算平衡浓度结合平衡常数概念计算得到；
（3）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分浓度不再变化，据此进行判断．

解答 解：（1）①应用恒温恒容条件下的乙的投料量极端转化为甲相当于投1mol CO₂（g）和3mol H₂（g），所以两者是等效平衡，所以c₁=c₂，甲、乙是等效平衡，则甲中放出的热量与乙中吸收的热量之和为49.0kJ，则a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案为：=；19.6；
②平衡时能量变化放出29.4kJ，所以反应二氧化碳的物质的量为$\frac{29.4KJ}{49.0KJ}$=0.6mol，所以，然后求平均反应速率v=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{10s}$=0.03mol/（L•s），
故答案为：0.03；
（2）①温度升高，一氧化碳的转化率下降，平衡正向移动，所以正反应是放热反应，图象分析可知相同温度下P₂压强下一氧化碳转化率大于P₁压强下一氧化碳转化率，反应是气体体积减小的反应，压强增大平衡正向进行，所以P₁＜P₂，
故答案为：放；＜；
②向VL恒容密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂，100°C时一氧化碳的转化率为50%，
                          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：b            2b                0     
变化量（mol/L）：0.5b       b               0.5b
平衡量（mol/L）   0.5b        b            0.5b
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5b}{0.5b×{b}^{2}}$=$\frac{1}{{b}^{2}}$，
故答案为：$\frac{1}{{b}^{2}}$；
（3）当反应前后改变的物理量不变时，该可逆反应达到平衡状态，
a中为平衡常数，平衡常数与温度有关，温度不变，则平衡常数始终不变，所以平衡常数不能判断是否达到平衡状态，故a错误；
b为物质的量随时间的变化，一氧化氮与二氧化碳浓度相等时，各组分浓度仍然继续变化，说明没有达到平衡状态，故b错误；
c为CO质量分数随时间变化，反应恰好总质量不变，则反应过程中一氧化氮与一氧化碳的物质的量之比会发生变化，当达到平衡状态时，一氧化氮与一氧化碳的物质的量之比不再变化，故c正确；
d、反应物的转化率不变，说明达平衡状态，故d正确；
故答案为：cd．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素的分析判断，平衡移动原理分析应用，题目难度中等．