Question

3．煤作为燃料有两种途径：
Ⅰ．C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H1＜0
Ⅱ．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g△H₃＜0
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₄＜0请回答：
（1）途径Ⅰ放出的热量=途径Ⅱ放出的热量（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）△H₁、△H₂、△H₃、△H₄之间关系的数学表达式是△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）
（3）煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题．
已知CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常数随温度的变化如表所示：

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6

试回答下列问题：
①在一个温度恒定固定容积的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡的标志是cd
（填序号）
a．体系的压强不再改变     b．体系的密度不再改变    c．各气体的浓度不再改变
d．各气体的质量分数不再改变   e．反应速率v（CO）：v（H₂）=1：1
②上述反应的正反应是放热反应（填“放热”或“吸热”）；
400℃时反应H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化学平衡常数数值是0.1；
③830℃时，在2L的密闭容器中加入4mol CO（g）和6mol H₂O（g）发生反应，10分钟达到平衡，此10分钟内用H2表示的平均反应速率是0.12mol/（L•min）；达到平衡时CO的转化率是60%．
（4）汽车尾气净化中的一个反应如：
NO（g）+CO（g）?$\frac{1}{2}$N₂（g）+CO₂（g）△H=-373.4kJ/mol
在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是C

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律可知，反应热只与始态和终态有关，而与反应的途径无关，通过观察可知途径Ⅰ和途径Ⅱ是等效的，所以途径Ⅰ放出的热量等于途径Ⅱ放出的热量；
（2）由盖斯定律，将途径Ⅱ的三个化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减，构造出途径I的热化学方程式，据此判断△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的数学关系式；
（3）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；
②温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向移动；相同温度下CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）与H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化学平衡常数互为倒数；
③依据平衡三段式列式计算反应的一氧化碳以及生成的氢气的物质的量，进而可计算反应速率以及转化率；
（4）A．平衡常数只受温度影响，升高温度平衡向吸热反应移动，该反应正反应为放热反应，故升高温度平衡向逆反应移动．
B．该反应正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，CO的转化率降低．
C．平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，与物质的浓度无关．
D．增大氮气的物质的量，氮气的浓度增大，平衡向逆反应移动．

解答 解：（1）根据盖斯定律可知，反应热只与始态和终态有关，而与反应的途径无关，通过观察可知途径Ⅰ和途径Ⅱ是等效的，途径Ⅰ和途径Ⅱ等量的煤燃烧消耗的氧气相等，两途径最终生成物只有二氧化碳，所以途径Ⅰ放出的热量等于途径Ⅱ放出的热量，
故答案为：=；
（2）途径Ⅰ：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁＜0 ①
途径Ⅱ：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0 ②
再燃烧水煤气：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃＜0 ③
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₄＜0 ④
由盖斯定律可知，②×2+③+④得2C（s）+2O₂ （g）═2CO₂（g）△H=2△H₂+△H₃+△H₄，
所以△H₁=$\frac{1}{2}$△H=$\frac{1}{2}$（2△H₂+△H₃+△H₄）=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄），
故答案为：△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）；
（3）①a．反应前后体积不变，则无论是否达到平衡状态，体系的压强都不改变，故a错误；
b．气体的质量不变，容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，体系的密度都不改变，故b错误；
c．各气体的浓度不再改变，可说明达到平衡状态，故c正确；
d．各气体的质量分数不再改变，可说明达到平衡状态，故d正确；
 e．反应速率之比等于化学计量数之比，反应速率v（CO）：v（H₂）=1：1，不能说明达到平衡状态，故e错误．
故答案为：cd；
②温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，相同温度下CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）与H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化学平衡常数互为倒数，则400℃时反应H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化学平衡常数数值是0.1，
故答案为：放热；0.1；
③830℃时，在2L的密闭容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g）达到平衡时，设一氧化碳转化物质的量为x，依据平衡三段式列式得到
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）    4       6         0       0
变化量（mol）   x        x        x        x
平衡量（mol）  4-x      6-x       x        x
平衡常数K=$\frac{{x}^{2}}{（4-x）（6-x）}$=1，
x=2.4mol，
v（H₂）=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{10min}$=0.12mol/（L•min），
CO的转化率=$\frac{2.4mol}{4mol}$×100%=60%
故答案为：0.12mol/（L•min）；60%；
（4）A．平衡常数只受温度影响，升高温度平衡向吸热反应移动，该反应正反应为放热反应，故升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数降低，故A错误；
B．该反应正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，CO的转化率降低，故B错误；
C．平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，与物质的浓度无关，增大NO的物质的量，不影响平衡常数，故C正确；
D．增大氮气的物质的量，氮气的浓度增大，平衡向逆反应移动，NO的转化率降低，故D错误．
故答案为：C．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，明确影响化学平衡的因素为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡的计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．