Question

随着能源与环境问题越来越被人们关注，碳一化学成为研究的热点．“碳一化学”即以单质碳及CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺．
Ⅰ、热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，在温度和容积相同的A、B、C三个容器中（容器的体积为2L），按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，经10秒钟后达到平衡，达到平衡时的有关数据如下表：

容器	A	B	C
反应物投入量	1molCO2（g）和 3molH2（g）	1molCH3OH（g）和 1molH2O（g）	2molCO2（g）和6mol H2（g）
CH3OH（g）浓度（mol/L）	c1	c2	c3
反应能量变化	放出29.4kJ	吸收a kJ	放出b kJ

①从反应开始到达平衡时，A中用CO₂来表示的平均反应速率为

 

mol/（L?s）（用具体数值表示）
②a=

 

．c₁

 

c₂

 

1/2c₃（填“＞”“＜”或“=”）．
Ⅱ、CO可用于合成甲醇．在压强0.1MPa条件下，向体积为bL的密闭容器中充入amolCO和2amolH₂，在催化剂作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图1所示

（1）该反应属于反应

 

（填“吸热”或“放热”）；P₂

 

0.1MPa（填“＞”“＜”或“=”）
（2）100℃时，该反应的平衡常数K=

 

（用含a、b的代数式表示）
Ⅲ、碳一化合物在治理汽车尾气方面也大有可为，如CO、CH₄等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染的物质．CO与NO在催化剂的条件下反应如下：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0，在绝热、恒容的密闭容器中加入一定量的NO和CO发生上述反应，图2的示意图不能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是

 

（填字母序号）

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡状态的判断,等效平衡

专题：化学平衡专题

分析：Ⅰ、①根据A中达到平衡时放热热量计算出消耗二氧化碳的物质的量，再根据c=

n

V

、v=

△c

△t

计算出反应速率；
②恒温恒容下，容器A与容器B为等效平衡，平衡时对应组分的物质的量、浓度相等，二者起始物质的量等于各物质的化学计量数，放出热量与吸收热量之和等于反应热数值；而C中初始反应物为A的2倍，相当于增大了压强，平衡向着正向移动，据此判断达到平衡时甲醇的浓度；
Ⅱ、（1）根据图象中曲线变化及温度、压强对化学平衡的影响判断；
（2）利用三段式计算出平衡时各组分的物质的量，进而求出平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式计算；
Ⅲ、可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分浓度不再变化，据此进行判断．

解答： Ⅰ、①1mol二氧化碳完全反应放出49.0kJ热量，当放出29.4kJ热量时，则参加反应的二氧化碳为：n（CO₂）=

29.4kJ

49.0kJ/mol

=0.6mol，CO₂的浓度变化为：△c=

0.6mol

2L

=0.3mol/L，二氧化碳的平均反应速率为：v（CO₂）=

0.3mol/L

10s

=0.03mol/（L?s），
故答案为：0.03；
②恒温恒容下，容器A与容器B为等效平衡，平衡时对应组分的物质的量、浓度相等，则c₁=c₂，二者起始物质的量等于各物质的化学计量数，放出热量与吸收热量之和等于反应热数值，则吸收的热量=反应热-放出的热量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ；由于C中初始反应物为A的2倍，则与A相比相当于增大压强，平衡向着正向移动，则C中甲醇浓度增大，即：C中甲醇的浓度大于A的2倍：c₁=c₂＜

1

2

c₃，
故答案为：19.6；=；＜；
Ⅱ、（1）由图可知，压强一定时，随温度升高，CO的转化率降低，故升高温度平衡向逆反应移动，则正反应为放热反应；
当温度相同时，压强为P₂时CO的转化率增大，该反应是气体体积缩小的反应，增大压强平衡向着正向移动，CO转化率增大，则P₂＞0.1MPa，
故答案为：放热；＞；
（2）根据图象可知100℃时平衡时CO的转化率为0.5，所以参加反应的CO的物质的量为0.5amol．
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
开始（mol）：a       2a         0 
变化（mol）：0.5a    a         0.5a
平衡（mol）：0.5a    a         0.5a
平衡（mol）0.5a      a         0.5a
则达到平衡时各组分浓度为：c（CO）=

0.5a

b

mol/L、c（H₂）=

a

b

mol/L、c（CH₃OH）=

0.5a

b

mol/L，
100℃时该反应的平衡常数为：K=

0.5a b

0.5a b ×( a b )2

=

b2

a2

，
故答案为：

b2

a2

；
Ⅲ、当反应前后改变的物理量不变时，该可逆反应达到平衡状态，
a中为平衡常数，平衡常数与温度有关，温度不变，则平衡常数始终不变，所以平衡常数不能判断是否达到平衡状态，故a错误；
b为物质的量随时间的变化，一氧化氮与二氧化碳浓度相等时，各组分浓度仍然继续变化，说明没有达到平衡状态，故b错误；
c为CO质量分数随时间变化，反应恰好总质量不变，则反应过程中CO质量分数会发生变化，当达到平衡状态时，CO的质量分数不再变化，故c正确；
故答案为：c．

点评：本题考查了化学平衡、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断，题目难度较大，注意掌握化学平衡常数、化学反应速率的能够及计算方法，明确化学平衡状态的判断方法，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．