Question

【題目】2013年霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)。其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一。

（1）CO2是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO2是解決溫室效應(yīng)的有效途徑。目前，由CO2來(lái)合成二甲醚已取得了較大的進(jìn)展，其化學(xué)反應(yīng)是：

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

①寫(xiě)出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式 。

②判斷該反應(yīng)在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是 。

A．容器中密度不變

B．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO2，同時(shí)消耗1mol二甲醚

C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3

D．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO (g)2CO2 (g) + N2 (g)。在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時(shí)間(t)的變化曲線，如圖所示。據(jù)此判斷：

① 該反應(yīng)的ΔH 0（選填“＞”、“＜”）。

②當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。若催化劑的表面積S1＞S2，在圖中畫(huà)出c(CO2)在T2、S2條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線。

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

①經(jīng)測(cè)定不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時(shí)刻、250℃測(cè)得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物的濃度為c(CO)=0.4 mol·L－1、c(H2)=0.4 mol·L－1、c(CH3OH)=0.8 mol·L－1, 則此時(shí)v正 v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。

②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1 mol CO和2 mol H2混合，測(cè)得不同時(shí)刻的反應(yīng)前后壓強(qiáng)關(guān)系如下：

時(shí)間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)比(P后/P前)	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

則前15分鐘，用氫氣表示的平均化學(xué)反應(yīng)速率為 ，達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為 。

Answer 1

【答案】（1） BD

（2）＜

（3）＜ 0.02mol/(L min) 45﹪

【解析】

試題分析：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則根據(jù)方程式可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為。

②A．由于該反應(yīng)是在條件恒定的密閉容器內(nèi)進(jìn)行的，氣體的質(zhì)量不變，所以在任何時(shí)刻都存在容器中密度不變，故不能作為判斷平衡的標(biāo)志，A錯(cuò)誤； B．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO2，就會(huì)產(chǎn)生1mol二甲醚，還同時(shí)消耗1mol二甲醚，說(shuō)明物質(zhì)的量不變，物質(zhì)的濃度不變，所以反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C．在任何時(shí)刻都存在v(CO2)︰v(H2)=1︰3，所以不能判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；D．反應(yīng)是在容器恒定的容器內(nèi)進(jìn)行的，而該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不相等的反應(yīng)，所以若容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，則氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，D正確。答案BD；

（2）①催化劑不能改變平衡狀態(tài)，溫度高到達(dá)平衡的時(shí)間少，則T1＞T2。溫度高CO2的平衡濃度減小，這說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0。

②催化劑的表面積S1＞S2，在T1、S2條件下達(dá)到平衡所用的時(shí)間比T1、S1要長(zhǎng)，但溫度相同最后的狀態(tài)與T1、S1相同，故圖像為：。

(3）①在250℃，化學(xué)平衡常數(shù)是2.041；而在此時(shí)，Qc= c(CH3OH)/ (c(CO) c2(H2))=0.8 mol/L÷[0.4 mol/L×(0.4 mol/L)2]=12.5＞2.041,說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行，即v正＜v逆；②在體積恒定的密閉容器內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)，氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量的比。由于平衡時(shí)的壓強(qiáng)是開(kāi)始的0.70倍，則反應(yīng)減小的物質(zhì)的量是3mol×0.30=0.90mol。根據(jù)方程式CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)可知每有1mol的CO發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量會(huì)減少2mol，現(xiàn)在氣體的物質(zhì)的量減小0.90mol，所以反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量是0.90mol÷2=0.45mol，因此CO的轉(zhuǎn)化率是(0.45mol÷1mol) ×100%＝45%。