Question

20．汽车尾气中含有CO、NO₂等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体．
（1）对于该反应：4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g）△H=-1 200kJ•mol^-1，温度不同（T₂＞T₁）、其他条件相同时，下列图象正确的是乙（填代号）．
该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{4}（CO）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$．
（2）汽车尾气中CO与H₂O（g）在一定条件下可以发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0.820℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，起始时按照下表进行投料，达到平衡状态．

起始物质的量	甲	乙	丙
n（H2O）/mol	0.10	0.20	0.20
n（CO）/mol	0.10	0.10	0.20

①平衡时，甲、乙、丙三个容器中，CO的转化率大小关系为：甲=丙＜乙（用“甲”、“乙”、“丙”，“＞”、“=”或“＜”表示）．
②乙容器中，通过改变温度，使CO的平衡转化率增大，则平衡常数K增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）为倡导“节能减排”和“低碳经济”，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料乙醇．一定条件下发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H＜0．在一定条件下，在20L密闭容器中按物质的量比为1：3充入CO₂和H₂，温度在450K，5MPa下测得平衡体系中各物质的体积分数随温度的变化曲线如图丁所示．曲线乙表示的是CO₂（填物质的化学式）的体积分数，图象中A点对应的体积分数b=18.8%（结果保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）根据影响化学平衡移动的因素以及化学平衡移动的方向来判断即可，根据影响化学反应速率的因素：温度、浓度、压强、催化剂来确定化学反应达平衡用到的时间，根据影响化学平衡移动的因素：温度、浓度、压强来确定化学平衡中各个量的变化情况，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（2）①根据化学平衡三段式列式计算化学反应中物质的转化率；根据影响化学平衡移动的因素以及化学平衡移动的方向来判断即可；
②该反应为放热反应，若增大一氧化碳转化率，必须使平衡向着正向移动，所以应该降低温度；由于平衡向着正向移动，所以生成物浓度增大，反应物浓度减小，化学平衡常数增大；
（3）反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡时CO₂与H₂的含量增大，开始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂与CO₂反应按3：1进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡时H₂的含量比二氧化碳高；平衡时CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O按1：3反应，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡时H₂O的含量高；
由①方向可知，图中曲线乙和丙的交点A表示平衡时CO₂、H₂O的含量相等，令H₂与CO₂的起始物质的量分别为3mol、1mol，设平衡时乙醇的物质的量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，再根据CO₂、H₂O的含量相对列方程计算解答；

解答 解：（1）甲：升高温度，化学平衡逆向移动，化学反应速率会迅速增大，会离开原来的速率点，故甲错误；
乙：升高温度，化学反应速率会迅速增大，所以T₂时先达到化学平衡状态，并且化学平衡逆向移动，二氧化氮的转化率减小，故乙正确；
丙：对于反应：4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g），T不变，增大压强，平衡正向移动，一氧化碳的体积分数会减小，故丙错误；
4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g），反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{4}（CO）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，
故答案为：乙；K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{4}（CO）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
（2）①根据投料情况知道，乙相当于在甲的基础上增加了水蒸气的投料，所以会使得一氧化碳的转化率增大，丙装置投料是甲装置的2倍，对于化学反应前后系数和不变的反应来说，建立的平衡是等效的，所以两种情况下，转化率是相等的，平衡时，甲、乙、丙三个容器中，CO的转化率大小关系为甲=丙＜乙，
故答案为：甲=丙＜乙；　　　
②丙容器中，通过改变温度，使CO的平衡转化率增大，需要使化学平衡向着正向移动，由于该反应为放热反应，要增大一氧化碳的转化率，应该降低温度；由于平衡向着正向移动，反应物浓度减小，生成物浓度增大，则该反应的化学平衡常数增大，
故答案为：增大；
（3）反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡时CO₂与H₂的含量增大，开始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂与CO₂反应按3：1进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡时H₂的含量比二氧化碳高，
平衡时CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O按1：3反应，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡时H₂O的含量高；
曲线甲、曲线乙随温度升高含量增大，且曲线Ⅰ的含量高，所以曲线甲表示H₂、曲线乙表示CO₂，
曲线丙、曲线丁随温度升高含量减小，且曲线丙的含量高，所以曲线丙表示H₂O、曲线丁表示CH₃CH₂OH，
2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
由①方向可知，图中曲线Ⅱ和Ⅲ的交点a表示平衡时CO₂、H₂O的含量相等，令H₂与CO₂的起始物质的量分别为3mol、1mol，设平衡时乙醇的物质的量为xmol，则：
                       2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
开始（mol）：1              3                  0                      0
变化（mol）：2x              6x                x                      3x
平衡（mol）：1-2x           3-6x             x                       3x
故1-2x=3x，解得x=0.2
故图中曲线乙和丙的交点A对应的体积分数b=$\frac{3x}{1-2x+3-6x+x+3x}$×100%=$\frac{3x}{4-4x}$×100%=$\frac{3×0.2}{4-4×0.2}$×100%=18.8%，
故答案为：CO₂；18.8．

点评 本题目综合考查化学反应速率和化学平衡移动的影响因素以及有关化学平衡的转化率、平衡常数的计算等方面的知识，题目难度中等，注意明确影响化学反应速率、化学平衡的因素，掌握化学平衡常数的概念及计算方法．