Question

19．在已经发现的一百多种元素中，除稀有气体外，非金属元素只有十多种，但与生产生活有密切的联系．
（1）为了提高煤的利用率，常将其气化为可燃性气体，主要反应是碳和水蒸气反应生成水煤气，化学反应方程式为C（s）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO（g）+H₂（g）．
（2）氮是动植物生长不可缺少的元素，合成氨的反应对人类解决粮食问题贡献巨大，反应如下：
N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化剂}^{高温高压}$2NH₃（g）．
①合成氨的反应中的能量变化如图1所示．

该反应是放热反应（填“吸热”或“放热”），其原因是反应物化学键断裂吸收的总能量小于（填“大于”或“小于”）生成物化学键形成放出的总能量．
②在一定条件下，将一定量的N₂和H₂的混合气体充入某定容密闭容器中，一段时间后，下列叙述不能说明该反应达到平衡状态的是AC（填序号）．
A．容器中混合气体的密度不随时间变化
B．单位时间内断裂3mol H-H键的同时断裂6mol N-H键
C． N₂、H₂、NH₃的物质的量之比为1：3：2
D．容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化
（3）目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．
①从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v （H₂）=0.225mol/（L．min）．
②达平衡时容器内平衡时与起始时的压强之比5：8（或0.625）．

Answer 1

分析 （1）C与水反应生成CO和氢气；
（2）①由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量；断裂化学键吸收能量，生成化学键释放能量；
②结合平衡时正逆反应速率相等、各组分的浓度不变等及其衍生的一些物理量分析；
（3）由图2可知，甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂），相同条件下气体压强之比等于气体物质的量之比．

解答 解：（1）C与水反应生成CO和氢气，反应为C（s）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO （g）+H₂（g），
故答案为：C（s）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO （g）+H₂（g）；
（2）①由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，断裂化学键吸收能量，生成化学键释放能量，△H=断裂化学键吸收能量-生成化学键释放能量＜0，可知断裂化学键吸收能量小于生成化学键释放能量，
故答案为：放热；小于；
 ②A．由于气体的质量以及容器的体积不变，则容器中混合气体的密度不随时间变化，不能用于判断是否达到平衡，故A错误；
B．单位时间内断裂3mol H-H键的同时断裂6mol N-H键，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故B正确；
C． 因不能确定起始配比数、转化率以及平衡常数，则N₂、H₂、NH₃的物质的量之比为1：3：2不能说明达到平衡状态，故C错误；
D．容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化，说明气体的物质的量不变，达到平衡状态，故D正确．
故答案为：AC；
（3）①由图2可知，10min达平衡时甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），
故答案为：0.225mol/（L．min）；
②反应前后气体压强之比等于其物质的量之比，反应前气体物质的量=4mol，甲醇生成0.75mol，最后达到平衡状态二氧化碳物质的量0.25mol，
                         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
起始量（mol）     1              3                    0               0
变化量（mol）   0.75            2.25               0.75            0.75
平衡量（mol）   0.25            0.75               0.75           0.75
 达平衡时容器内平衡时与起始时的压强之比=（0.25+0.75+0.75+0.75）：（1+3）=5：8=0.625，
故答案为：5：8 （或0.625）．

点评 本题考查较为综合，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力，化学图象分析、化学平衡状态的判断、化学平衡状态的判定等，注重高频考点的考查，有利于基础知识和基本能力的培养，题目难度不大．