Question

【题目】2013年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。

（1）CO2是大气中含量最高的一种温室气体，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。目前，由CO2来合成二甲醚已取得了较大的进展，其化学反应是：

2CO2（g） + 6H2（g）CH3OCH3（g） + 3H2O（g） △H＞0。

①写出该反应的平衡常数表达式 。

②判断该反应在一定条件下，体积恒定的密闭容器中是否达到化学平衡状态的依据是 。

A．容器中密度不变

B．单位时间内消耗2molCO2，同时消耗1mol二甲醚

C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3

D．容器内压强保持不变

（2）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO (g)2CO2 (g) + N2 (g)。在密闭容器中发生该反应时，c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如图所示。据此判断：

① 该反应的ΔH 0（选填“＞”、“＜”）。

②当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1＞S2，在图中画出c(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。

（3）已知：CO（g） + 2H2（g）CH3OH（g）△H = ﹣a kJmol-1。

①经测定不同温度下该反应的平衡常数如下：

温度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c(CO)=0.4 mol·L－1、c(H2)=0.4 mol·L－1、c(CH3OH)=0.8 mol·L－1, 则此时v正 v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。

②某温度下，在体积固定的2L的密闭容器中将1 mol CO和2 mol H2混合，测得不同时刻的反应前后压强关系如下：

时间（min）	5	10	15	20	25	30
压强比(P后/P前)	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

则前15分钟，用氢气表示的平均化学反应速率为 ，达到平衡时CO的转化率为 。

Answer 1

【答案】（1） BD

（2）＜

（3）＜ 0.02mol/(L min) 45﹪

【解析】

试题分析：（1）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则根据方程式可知该反应的平衡常数表达式为。

②A．由于该反应是在条件恒定的密闭容器内进行的，气体的质量不变，所以在任何时刻都存在容器中密度不变，故不能作为判断平衡的标志，A错误； B．单位时间内消耗2molCO2，就会产生1mol二甲醚，还同时消耗1mol二甲醚，说明物质的量不变，物质的浓度不变，所以反应达到平衡状态，B正确；C．在任何时刻都存在v(CO2)︰v(H2)=1︰3，所以不能判断反应是否处于平衡状态，C错误；D．反应是在容器恒定的容器内进行的，而该反应是反应前后气体体积不相等的反应，所以若容器内压强保持不变，则气体的物质的量不变，反应处于平衡状态，D正确。答案BD；

（2）①催化剂不能改变平衡状态，温度高到达平衡的时间少，则T1＞T2。温度高CO2的平衡浓度减小，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，所以正方应是放热反应，即△H＜0。

②催化剂的表面积S1＞S2，在T1、S2条件下达到平衡所用的时间比T1、S1要长，但温度相同最后的状态与T1、S1相同，故图像为：。

(3）①在250℃，化学平衡常数是2.041；而在此时，Qc= c(CH3OH)/ (c(CO) c2(H2))=0.8 mol/L÷[0.4 mol/L×(0.4 mol/L)2]=12.5＞2.041,说明反应逆向进行，即v正＜v逆；②在体积恒定的密闭容器内进行的反应，气体的压强之比等于气体的物质的量的比。由于平衡时的压强是开始的0.70倍，则反应减小的物质的量是3mol×0.30=0.90mol。根据方程式CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)可知每有1mol的CO发生反应，反应后气体的物质的量会减少2mol，现在气体的物质的量减小0.90mol，所以反应的CO的物质的量是0.90mol÷2=0.45mol，因此CO的转化率是(0.45mol÷1mol) ×100%＝45%。