Question

实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

它所对应的化学反应方程式为：

 

．
（2）利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
总反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

（3）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是

 

反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：

 

．
（4）从氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
对反应  N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示．下列说法正确的是

 

．
A．A、C两点的反应速率：A＞C     B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C    D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
E．A、C两点的化学平衡常数：A＞C
（5）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．现在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下．下列说法正确的是

 

容器	实验1	实验2	实验3
反应物投入量（始态）	1mol CO2、3mol H2	1mol CH3OH、1mol H2O	2mol CH3OH、2mol H2O
CH3OH的平衡浓度/mol?L-1	C1	C2	C3
反应的能量变化	放出 x kJ	吸收y kJ	吸收z kJ
体系压强/Pa	P1	P2	P3
反应物转化率	a1	a2	a3

A．2C₁＞C₃          B．x+y=49.0          C．2P₂＜P₃
D．（a₁+a₃）＜1       E．2P₁＞P₃           F．a₁=a₂．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,热化学方程式,化学平衡的影响因素,等效平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据平衡常数的定义判断反应的方程式；
（2）根据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）温度升高K值减小，所以正反应为放热反应；令CO的浓度变化为c，用三段式表示出各物质变化的浓度、平衡时的浓度，再根据平衡常数计算；
（4）从平衡移动的角度分析各物理量的变化；
（5）A、实验1、实验3相比较，把实验3等效为开始加入1molCH₃OH，2mol CO₂、6mol H₂，实验3中甲醇的物质的量为实验1的2倍，压强增大，平衡向生成甲醇的方向移动；
B、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化129kJ，实验1、实验2平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，对于实验1容器，x=49n，对于实验2容器y=49（1-n），据此判断；
C、比较实验2、实验3可知，把实验3等效为开始加入2mol CO₂、6mol H₂，实验3中甲醇的物质的量为实验1的2倍，对于反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移动；
D、实验1、实验2处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，据此判断；
E、比较实验2、实验3可知，把实验3等效为开始加入2mol CO₂、6mol H₂，实验3中甲醇的物质的量为实验1的2倍，对于反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移动分析；
F、实验1、实验2处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1．

解答： 解：（1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，再结合质量守恒定律，所以该反应的方程式为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算①×2+②+③总反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.4 kJ/mol，
故答为：-246.4 kJ/mol；
（3）温度升高K值减小，所以正反应为放热反应，
对于反应         CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始（mol/L）：0.02     0.02      0         0
变化（mol/L）：c         c        c         c
平衡（mol/L）：0.02-c   0.02-c    c          c
所以

c×c

(0，02-c)2

=9，解得c=0.015，
所以CO的转化率为

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案为：放热；75%；
（4）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．则
A．A点压强小于C点的压强，压强越大，反应速率越大，则反应速率：A＜C，故A错误；
B．增大压强，平衡向正反应移动，但浓度的增大幅度大于转化的程度，所以C点浓度大，颜色深，故B错误；
C．B、C两点二氧化氮的体积分数相同，则混合气体的平均相对分子质量相同，故C错误；
D．在相同压强下，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则二氧化氮的体积分数增大，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，故D正确；
E．A、C两点的化学平衡常数，温度相同，平衡常数相等，A=C，故E错误；
故答案为：D；
（5）A、实验1、实验3相比较，把实验3等效为开始加入2mol CO₂、6mol H₂，实验3中甲醇的物质的量为实验1的2倍，压强增大，对于反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移动，故2c₁＜c₃，故A错误；
B、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化129kJ，实验1、实验2平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，对于实验1容器，x=49n，对于实验2容器y=49（1-n），故x+y=49，故B正确；
C、比较实验2、实验3可知，把实验3等效为开始加入2mol CO₂、6mol H₂，实验3中甲醇的物质的量为实验1的2倍，对于反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移动，故2p₂＞p₃，故C错误；
D、实验1、实验2处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正确；
E、比较实验1、实验3可知，把实验3等效为开始加入2mol CO₂、6mol H₂，实验3中甲醇的物质的量为实验1的2倍，对于反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1．平衡向生成甲醇的方向移动，故2p₁＞p₃，故E正确；
F、实验1、实验2处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，故F错误；
故答案为：BDE．

点评：本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、化学平衡的计算、平衡状态的判断、平衡常数的计算与运用以及等效平衡问题，难度较大，注意理解等效平衡问题．