Question

9．CO是一种重要的含碳化合物，它与生产、生活息息相关．
（1）已知一定量的C单质能在O₂（g）中燃烧，其可能的产物及能量关系如图1所示：写出CO（g）生成CO₂（g）与C（s）反应的热化学方程式2CO（g）=CO₂（g）+C（s）△H=-172.5kJ/mol．
（2）工业用CO制备氢气的一种方法为：C0（g）+H₂0（g）=molfCO₂（g）+H₂（g）

t/min	0	1	2	3	4
n（H20）/mol	0.60	0.50	0.44	0.40	0.40
n（CO）/mol	0.40	0.30	0.24	0.20	0.20

①向1L恒容密闭容器中充入CO和H₂0（g），t℃时测得部分数据如下表．
则该温度下反应的平衡常数K=0.5；
②相同温度下，若向2L恒容密闭容器中充入1mol CO、4mol H₂0（g）、2mol C0₂、2mol H₂，
此时v正＜ v逆．（填“＞”、或“＜”）
（3）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g） $\stackrel{催化剂}{?}$2C0₂（g）+N₂（g）△＜0
在密闭容器中发生该反应时，c（C0₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线，如图2所示．
①在T2温度下，0〜2s内的平均反应速率v（N₂）=0.075mol/（L•s）
能使上述平衡体系中$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）}$ 增大的措施有降温、加压或增大CO的物质的量或将N₂从体系中分离    （任写一条）．
②向某密闭恒容容器中按体积比1：1充入44.8L （标准状况）NO和CO混合气体，发生
上述反应，下列各项能判断该反应t=10min时反应达到平衡的是BD．（填序号字母）

Answer 1

分析 （1）根据图象写出生成一氧化碳和二氧化碳的热化学方程式，再根据盖斯定律计算CO（g）生成CO₂（g）与C（s）的热化学方程式；
（2）①由图表数据分析，反应在4min达到平衡，依据平衡常数概念计算，用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物的平衡浓度的幂次方乘积计算得到；
②依据反应的浓度商计算和该温度的平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
（3）①在T₂温度下，0～2s内，△c（CO₂）=（0.3-0）mol/L=0.3mol/L，根据方程式知，△c（N₂）=$\frac{1}{2}$△c（CO₂），v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$；
要使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）}$ 增大，应使平衡向正反应方向移动，根据外界条件对化学平衡的影响判断；可以降温、加压或增大氢气的量或将H₂O（g）从体系中分离；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．

解答 解：（1）由图可知，1molC（s）与0.5molO₂（g）反应得到1molCO（g）放出热量=393.5kJ-283kJ=110.5kJ，该反应热化学方程式为：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol ①
1molC（s）与1molO₂（g）反应得到1molCO₂（g）放出热量393.5kJ，该反应热化学方程式为：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ②
根据盖斯定律，②-①×2得：2CO（g）=CO₂（g）+C（s）△H=-172.5kJ/mol；
故答案为：2CO（g）=CO₂（g）+C（s）△H=-172.5kJ/mol；
（2）①分析图表数据，4min达到平衡状态，
                         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 0.4           0.6            0            0
变化量（mol/L） 0.2           0.2            0.2         0.2
平衡量（mol/L） 0.2           0.4           0.2          0.2
该温度下反应的平衡常数K=$\frac{0.2×0.2}{0.4×0.2}$=0.5，
故答案为：0.5；
②若向2L恒容密闭容器中充入lmolCO、4molH₂O（g）、2molCO₂、2molH₂，浓度商Q=$\frac{1×1}{0.5×2}$=1＞K=0.5，反应逆向进行，此时v（正 ）＜v（逆），
故答案为：＜；
（2）①在T₂温度下，0～2s内，△c（CO₂）=（0.3-0）mol/L=0.3mol/L，根据方程式知，△c（N₂）=$\frac{1}{2}$△c（CO₂），v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1}{2}×0.3mol/L}{2s}$=0.075mol/（L•s）；
要使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）}$ 增大，应使平衡向正反应方向移动，因正反应放热，降低温度平衡向正反应方向移动；增大压强平衡向正反应方向移动；增大CO的物质的量或从体系中分离出N₂；
故答案为：0.075mol/（L•s）；降温或加压或增大CO的物质的量或将N₂从体系中分离；
②A．根据质量守恒可知，在任何时候气体的质量不变，所以气体质量不变不能说明反应达到平衡，故A错误；
B．混合气体的摩尔质量等于气体的质量除以物质的量，根据质量守恒可知，在任何时候气体的质量不变，该反应是前后气体体积发生变化的反应，所以摩尔质量保持不变，说明反应达到平衡，故B正确；
C．混合气体密度等于质量除以体积，根据质量守恒可知，在任何时候气体的质量不变，而容器的体积也不变，所以混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡，故C错误；
D．该反应是前后气体体积发生变化的反应，随着反应的正向进行，气体的压强减小，所以压强保持不变能说明反应达到平衡，故D正确；
故选BD．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的判断、化学平衡计算以及平衡移动等问题，难度不大，化学平衡状态的判断是高考的热点，注意化学平衡常数只与温度有关，与其他物理量无关．