Question

【題目】煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生大量SO2、NO對(duì)環(huán)境影響極大。

(1)使用清潔能源可有效減少SO2等的排放。煤的液化是現(xiàn)代能源工業(yè)中重點(diǎn)推廣的能源綜合利用方案，最常見的液化方法為用煤生產(chǎn)CH3OH。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)及平衡常數(shù)如下：

i：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－a kJ/mol

ii：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋b kJ/mol

iii：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

ΔH3＝________。

(2)在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)i，改變溫度時(shí)，該反應(yīng)中的所有物質(zhì)都為氣態(tài)，起始溫度、體積相同(T1 ℃、2 L密閉容器)。反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

	反應(yīng)時(shí)間	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
反應(yīng)Ⅰ恒 溫恒容	0 min	2	6	0	0
	10 min		4.5
	20 min	1
	30 min			1
反應(yīng)Ⅱ絕 熱恒容	0 min	0	0	2	2

①達(dá)到平衡后，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶獬��?shù)K(Ⅰ)________K(Ⅱ)(填“>”“<”或“＝”下同)；平衡時(shí)CO2的濃度c(Ⅰ)________c(Ⅱ)。

②對(duì)反應(yīng)Ⅰ，在其他條件不變下，若30 min時(shí)只改變溫度為T2 ℃，再次平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量為2.5 mol，則T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。

③若30 min時(shí)只向容器中再充入1 mol H2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡________移動(dòng)(填“正向”“逆向”或“不”)。

(3)研究人員發(fā)現(xiàn)，將煤炭在O2/CO2的氣氛下燃燒，能夠降低燃煤時(shí)NO的排放，主要反應(yīng)為：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)。在一定溫度下，于2 L的恒容密閉容器中充入0.1 mol NO和0.3 mol CO發(fā)生該反應(yīng)，如圖為容器內(nèi)的壓強(qiáng)(p)與起始?jí)簭?qiáng)(p0)的比值(p/p0)隨時(shí)間的變化曲線。

①0～5 min內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(NO)＝________；平衡時(shí)N2的產(chǎn)率為________。

②若13 min時(shí)，向該容器中再充入0.06 mol CO2，15 min時(shí)再次達(dá)到平衡，此時(shí)容器內(nèi)/的比值應(yīng)在圖中A點(diǎn)的________(填“上方”或“下方”)。

Answer 1

【答案】－(a+b)kJ/mol < > > 正向 6×10－3 mol/(L·min 80% 上方

【解析】

(1)已知：i：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－a kJ/mol

ii：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋b kJ/mol

iii：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

根據(jù)蓋斯定律可知i－ii即得到CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH3＝－(a+b)kJ/mol。

(2)①正反應(yīng)放熱，反應(yīng)I是恒溫恒容容器，反應(yīng)Ⅱ絕熱恒容，圖表中反應(yīng)Ⅱ若恒溫恒容達(dá)到相同平衡狀態(tài)，Ⅱ?yàn)槟嫦蚝闳萁^熱，溫度降低，平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，所以達(dá)到平衡后，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶獬��?shù)K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)，平衡時(shí)CO2的濃度c(Ⅰ)＞c(Ⅱ)。

②對(duì)反應(yīng)Ⅰ，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量是3mol，在其他條件不變下，若30 min時(shí)只改變溫度為T2 ℃，再次平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量為2.5 mol，說明平衡正向進(jìn)行溫度降低，則T1＞T2。

③根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知反應(yīng)Ⅰ中平衡時(shí)二氧化碳、氫氣、甲醇、水蒸氣濃度分別是（mol/L）0.5、1.5、0.5、0.5，則該溫度下平衡常數(shù)為。若30 min時(shí)只向容器中再充入1 mol H2(g)和1 mol H2O(g)，濃度熵為，則平衡正向移動(dòng)。

(3)①根據(jù)圖像可知5min時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量是0.4mol×0.925＝0.37mol，物質(zhì)的量減少0.03mol，根據(jù)方程式2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)可知消耗NO是0.06mol，濃度是0.03mol/L，所以0～5 min內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(NO)＝0.03mol/L÷5min＝6×10－3 mol/(L·min)；同理可計(jì)算平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量是0.4mol×0.9＝0.36mol，減少0.04mol，所以生成氮?dú)馐?/span>0.04mol，理論上生成氮?dú)馐?/span>0.05mol，則平衡時(shí)N2的產(chǎn)率為。

②若13 min時(shí)，向該容器中再充入0.06 mol CO2，若平衡不移動(dòng)，則。增大生成物濃度平衡逆向進(jìn)行，混合氣體的物質(zhì)的量增大，則再次達(dá)到平衡，此時(shí)容器內(nèi)/的比值應(yīng)在圖中A點(diǎn)的上方。