Question

“C1化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质（如CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等）为原料合成工业产品的化学工艺，对开发新能源和控制环境污染有重要意义。

（1）一定温度下，在两个容积均为2 L的密闭容器中，分别发生反应：CO₂(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₃OH(g) + H₂O(g)  △H =﹣49.0 kJ/mol。相关数据如下：

容器	甲	乙
反应物投入量	1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)	1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)
平衡时c(CH3OH)	c1	c2
平衡时能量变化	放出29.4 kJ	吸收a kJ

请回答：

①c₁        c₂（填“>”、“<”或“=”）；a =          。

②若甲中反应10 s时达到平衡，则用CO₂来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是        mol/(L·s)。

（2）压强为p₁时 ，向体积为1 L的密闭容器中充入b mol CO和2b mol H₂，发生反应CO(g)+2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。请回答：

①该反应属于      （填“吸”或“放”）热反应；

p₁      p₂（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②100℃时，该反应的平衡常数K=             （用含b的代数式表示）。

（3）治理汽车尾气的反应是2NO(g)+2CO(g)⇌2CO₂(g)+N₂(g)  △H<0。在恒温恒容的密闭容器中通入n(NO):n(CO)=1:2的混合气体，发生上述反应。下列图像正确且能说明反应在进行到t₁时刻一定达到平衡状态的是      （选填字母）。

     

a                 b                   c                   d

Answer

（11分） （1）①＝ 19.6 ②0.03

（2）①放 < ② （3）c d

【解析】

试题分析：（1）①恒温恒容条件下，乙的投料量极端转化为甲相当于投1mol CO2（g）和3mol H2（g），所以两者是完全等效平衡，平衡时甲醇的浓度相等，所以c1=c2，甲中放出的热量与乙中吸收的热量之和为49.0kJ，则a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ；②甲中平衡时，放出热量为29.4kJ，所以参加反应的二氧化碳为29.4kJ/49.0kJ×1mol=0.6mol，故v（CO2）==0.03mol/（L•min）；（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CO的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应进行，故正反应为放热反应；

由图象可知，相同温度下P2压强下CO转化率大于P1压强下CO转化率，正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，所以P1＜P2；

②100°C时CO的转化率为50%，故参加反应CO为0.5b mol，则：

CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）

起始量（mol）：b 2b 0

变化量（mol）：0.5b b 0.5b

平衡量（mol）：0.5b b 0.5b

由于容器的体积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故平衡常数K===1/b2；（3）该反应为熵减的反应，而△G=△H-T△S＜0，反应自发进行，由于该反应在在常温下能够自发进行，故△H＜O；a．平衡常数与温度有关，温度不变，则平衡常数始终不变，故a错误；b．t1时刻CO与二氧化碳浓度相等时，t1时刻后二者分浓度仍然继续变化，说明没有达到平衡状态，故b错误；c．起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反应按1：1进行，随反应进行比例关系发生变化，从t1时刻起n（CO）：n（NO）不再变化，说明到达平衡，故c正确；d．反应物的转化率不变，说明达平衡状态，故d正确。

考点：考查化学平衡的有关计算、等效平衡、平衡常数计算、化学平衡状态判断等。