Question

4．能源、环境与生产生活和社会发展密切相关．
（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^-1．相关数据如表：

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

①下列情况能说明该反应一定达到平衡状态的是cd（填字母）．
a．v（CO₂）_消耗=v（CH₃OH）_生成
b．气体的密度不再随时间改变
c．CO₂和CH₃OH的浓度之比不再随时间改变
d．气体的平均相对分子质量不再随时间改变
②其他条件不变，达到平衡后，下列不能提高H₂转化率的操作是bd（填字母）．
a．降低温度b．充入更多的H₂c．移除甲醇d．增大容器体积
③c₁=c₂（填“＞”“＜”或“=”），a=19.6．
④该温度下反应的平衡常数K=$\frac{25}{12}$（或2.1）；若甲中反应10s时达到平衡，则0～10s内甲中的平均反应速率v（H₂）=0.09mol•L^-1•s^-1．
（2）已知反应：2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色）△H＜0．将一定量的NO₂充入注射器后封口，如图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化（气体颜色越深，透光率越小）．下列说法正确的是B（填字母）．

A．b点的操作是拉伸注射器
B．d点：v_正＜v_逆
C．c点与a点相比，c（NO₂）增大，c（N₂O₄）减小
D．若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则T_b＞T_c．

Answer 1

分析 （1）①化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），两种物质组成改变一种会增大另一种物质转化率，本身转化率减小，平衡正向进行，氢气转化率增大；
③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；
④结合甲中放出热量计算反应的物质的量，列三行计算平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$，然后根据v=$\frac{△c}{△t}$计算平均反应速率；
（2）该反应是正反应气体体积减小的放热反应，压强增大平衡虽正向移动，但二氧化氮浓度增大，混合气体颜色变深，压强减小平衡逆向移动，但二氧化氮浓度减小，混合气体颜色变浅，据图分析，b点开始是压缩注射器的过程，气体颜色变深，透光率变小，c点后的拐点是拉伸注射器的过程，气体颜色变浅，透光率增大，据此分析．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，
a．反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，v（CO₂）_消耗=v（CH₃OH）_生成只能说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
b．反应前后气体质量不变，体积不变，气体密度始终不变，气体的密度不再随时间改变，故b错误；
c．CO₂和CH₃OH的浓度之比不再随时间改变，说明正逆反应速率相同，故c正确；
d．气体质量不变，气体物质的量减小，气体的平均相对分子质量不再随时间改变，说明反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：cd；
②a．反应为放热反应，降低温度，平衡正向进行，氢气转化率增大，故a不符合；
b．充入更多的H₂ 会提高二氧化碳的转化率，氢气转化率减小，故b符合；
c．移除甲醇平衡正向进行，氢气转化率增大，故c不符合；
d．增大容器体积，压强减小，平衡逆向进行，氢气转化率减小，故d符合；
故答案为：bd；
③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；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．
起始量（mol）    1              3                  0                   0                   49KJ
变化量（mol/L） 0.6         1.8                 0.6               0.6             29.4KJ
平衡量（mol/L）0.4           1.2                0.6                0.6
平衡浓度c（CO₂）=0.2mol/L，c（H₂）=0.6mol/L，c（CH₃OH）=0.3mol/L，c（H₂O）=0.3mol/L
K=$\frac{0.3×0.3}{0.2×0．{6}^{3}}$=$\frac{25}{12}$≈2.1，
甲中反应10s时达到平衡，则0～10s内甲中的平均反应速率v（H₂）=$\frac{\frac{1.8mol}{2L}}{10min}$=0.09 mol•L^-1•s^-1，
故答案为：$\frac{25}{12}$（或2.1）；0.09 mol•L^-1•s^-1；
（2）A、b点开始是压缩注射器的过程，气体颜色变深，透光率变小，故A错误；
B、c点后的拐点是拉伸注射器的过程，d点是平衡向气体体积增大的逆向移动过程，所以v（逆）＞v（正），故B正确；
C、c点是压缩注射器后的情况，二氧化氮和四氧化二氮的浓度都增大，故C错误；
D、b点开始是压缩注射器的过程，平衡正向移动，反应放热，导致T（b）＜T（c），故D错误；
故答案为：B．

点评 本题主要考查的是平衡移动、平衡常数计算、图象分析判断等，综合性较强，题目难度中等，注意整理归纳．