Question

9．“Cl化学”是指以碳单质或分子中含有1个碳原子的物质（如CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等）为原料合成工业产品的工艺，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	1molCO2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH和1molH2O（g）
平衡时c（CH3OH）	c1	c2
平衡时能量变化	放出29.4kJ	吸收akJ

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密闭容器中充入bmolCO和2bmolH₂，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）治理汽车尾气的反应是2NO（g）+2CO（g）?2CO₂+N₂（g）在常温下能够自发进行，则它的△H＜0．（填＞、＜）．在恒温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甲、乙是完全等效平衡，平衡时甲醇的浓度相等，甲中放出的热量与乙中吸收的热量之和为49.0kJ；
②据放出的热量计算参加反应二氧化碳的物质的量，再根据$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂）；
（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CO的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大；
②100°C时CO的转化率为50%，据此计算参加反应的CO物质的量，再利用平衡三段式列式计算平衡时各组分物质的量，由于容器的体积为1L，利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算；
（3）该反应为熵减的反应，而△G=△H-T△S＜0，反应自发进行；
a．平衡常数与温度有关，温度不变，则平衡常数始终不变；
b．t₁时刻CO与二氧化碳浓度相等时，t₁时刻后二者分浓度仍然继续变化；
c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反应按1：1进行，随反应进行比例关系发生变化，从t₁时刻起n（CO）：n（NO）不再变化，说明到达平衡；
d．到达平衡时，反应物的转化率不变．

解答 解：（1）①恒温恒容条件下，乙的投料量极端转化为甲相当于投1mol CO₂（g）和3mol H₂（g），所以两者是完全等效平衡，平衡时甲醇的浓度相等，所以c₁=c₂，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甲中平衡时，放出热量为29.4kJ，所以参加反应的二氧化碳为$\frac{29.4kJ}{49.0kJ}$×1mol=0.6mol，故v（CO₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{10s}$=0.03mol/（L•min），
故答案为：0.03；
（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CO的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应进行，故正反应为放热反应；
由图象可知，相同温度下P₂压强下CO转化率大于P₁压强下CO转化率，正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，所以P₁＜P₂，
故答案为：放；＜；
②100°C时CO的转化率为50%，故参加反应CO为0.5b mol，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：b      2b         0
变化量（mol）：0.5b   b         0.5b
平衡量（mol）：0.5b   b         0.5b
由于容器的体积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故平衡常数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）该反应为熵减的反应，而△G=△H-T△S＜0，反应自发进行，由于该反应在在常温下能够自发进行，故△H＜O；
a．平衡常数与温度有关，温度不变，则平衡常数始终不变，故a错误；
b．t₁时刻CO与二氧化碳浓度相等时，t₁时刻后二者分浓度仍然继续变化，说明没有达到平衡状态，故b错误；
c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反应按1：1进行，随反应进行比例关系发生变化，从t₁时刻起n（CO）：n（NO）不再变化，说明到达平衡，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 本题考查化学平衡的有关计算、等效平衡、平衡常数计算、化学平衡状态判断等，（1）中关键是对等效平衡规律的理解掌握，题目难度中等．