Question

13．能源、環(huán)境與生產(chǎn)生活和社會發(fā)展密切相關．
（1）一定溫度下，在兩個容積均為2L的密閉容器中，分別發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．相關數(shù)據(jù)如下：

容  器	甲	乙
反應物投入量	1molCO 2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH（g）和1molH2O（g）
平衡時c（CH3OH）	c1	c2
平衡時能量變化	放出29.4kJ	吸收akJ

①c_l= c₂（填“＞”、“＜”或“=”），a=19.6；
②該溫度下反應的平衡常數(shù)K=$\frac{25}{12}$L²•mol^-2；若甲中反應10s時達到平衡，則0～10s內甲中的平均反應速率v（H₂）=0.09mol•L^-1•s^-1．
③其他條件不變，達到平衡后，下列不能提高H₂轉化率的操作是a bd（填字母編號）．
a．降低溫度      b．充入更多的H₂      c．移除甲醇      d．增大容器體積
（2）在密閉容器中，通入2.5mol的CH₄與2.5mol CO₂，一定條件下發(fā)生反應：CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），測得CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖．據(jù)圖可知，p₁、p₂、p₃、p₄由大到小的順序P₄＞P₃＞P₂＞P₁．
（3）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
若用標準狀況下4.48L CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中轉移的電子總數(shù)為1.60N_A，阿伏伽德羅常數(shù)用N_A表示），放出的熱量為173.4kJ．

Answer 1

分析 （1）①應用恒溫恒容條件下的等效平衡知識來解決；甲、乙是等效平衡，則甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ；
②平衡時能量變化放出29.4kJ，求平衡時各組分的濃度，然后求平均反應速率和平衡常數(shù)；
③根據(jù)外界條件對反應速率的影響分析判斷；
（2）由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），據(jù)此結合方程式判斷壓強對平衡移動的影響進行解答；
（3）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=867kJ•mol^-1，以此解答該題．

解答 解：（1）①應用恒溫恒容條件下的乙的投料量極端轉化為甲相當于投1mol CO₂（g）和3mol H₂（g），所以兩者是等效平衡，所以c₁=c₂，甲、乙是等效平衡，則甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ，則a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案為：=；19.6；
②平衡時放出29.4kJ，則轉化率為$\frac{29.4kJ}{49.0kJ}$×100%=60%
        CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始：1mol      3mol             0                 0
轉化：0.6mol   1.8mol           0.6mol       0.6mol
平衡：0.4mol   1.2mol           0.6mol        0.6mol
所以：達到平衡時，c（CO₂）=0.2mol/L，c（H₂）=0.6mol/L，c（CH₃OH）=0.3mol/L，c（H₂O）=0.3mol/L，
在該條件下，反應的平衡常數(shù)K的值=$\frac{0.3×0.3}{0.2×0．{6}^{3}}$=$\frac{25}{12}$；
平衡時能量變化放出29.4kJ，所以反應二氧化碳的物質的量為$\frac{29.4kJ}{49.0kJ}$=0.6mol，所以，然后求平均反應速率v=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{10s}$=0.03mol/（L•min），v（H₂）=3×0.03mol/（L•min）=0.09mol/（L•min），
故答案為：$\frac{25}{12}$；0.09；
③a．降低溫度，二氧化碳反應速率減小，平衡逆向移動，氫氣的轉化率降低；
b．充入更多的H₂，二氧化碳反應速率增大，平衡正向移動，氫氣的轉化率降低；
c．移去甲醇，二氧化碳反應速率減小，平衡正向移動，氫氣的轉化率增大；
d．增大容器體積，壓強減小，二氧化碳反應速率減小，平衡逆向移動，氫氣的轉化率降低；
故提高CO₂的反應速率，可以采取的反應條件是B；能提高H₂轉化率的操作是C；
故答案為：abd；
（2）由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應進行，甲烷的轉化率降低，故壓強P₄＞P₃＞P₂＞P₁
故答案為：P₄＞P₃＞P₂＞P₁；
（3）由（1）得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=867kJ•mol^-1，n（CH₄）=0.2mol，整個過程中轉移的電子總數(shù)為0.2mol×8N_A=1.6N_A=9.6×10²³，放出的熱量為0.2×867=173.4kJ，
故答案為：9.6×10²³或1.60N_A；173.4．

點評 本題考查化學平衡圖象、影響化學平衡的因素、化學平衡常數(shù)等，注意利用“定一議二”原則分析解答．側重于學生的計算能力和分析能力的考查，注意蓋斯定律的應用，難度中等．