Question

（1）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)  ΔH＝－41.8 kJ·mol^－1，某温度下，NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)的平衡常数K＝，该温度下在甲、乙、丙三个体积为2L的恒容密闭容器中，投入NO₂(g)和SO₂(g)，其起始浓度如下表所示：

起始浓度	甲	乙	丙
c(NO2)/mol·L^-1	0.10	0.20	0.20
c(SO2)/mol·L^-1	0.10	0.10	0.20

①10 min后，甲中达到平衡，则甲中反应的平均速率v(NO₂)＝___________。

②丙达到平衡所用的时间_______10 min（填“＜”、“＞”、“＝”），达到平衡后，设甲、乙、丙中SO₂(g)的转化率分别为a、b、c，则三者的大小关系为_______________。

（2）研究铁及其化合物对生产生活具有重要的意义。一定条件下铁可以和CO₂发生反应：Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)，已知该反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图甲所示：

①反应ΔH__________0（填“＜”或“＞”）。

②下列措施中能使平衡时c(CO)/c(CO₂)增大的是__________（填序号）。

A．升高温度                    B．增大压强   

C．充入一定量CO               D．再加入一些铁粉

③一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂气体，反应过程中CO₂气体和CO气体的浓度与时间的关系如图乙所示。计算该反应的平衡常数K＝_______。

（3）已知：CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH (g)  ΔH＝－116 kJ·mol^－1；

CO(g)＋1/2O₂(g)＝CO₂(g)  ΔH＝－283 kJ·mol^－1；

H₂ (g)＋1/2O₂(g)＝H₂O(g)  ΔH＝－242 kJ·mol^－1 ；

写出CH₃OH燃烧生成CO₂和水蒸气的热化学方程式_____________。

Answer

0.006 mol/(L·min)＜a＝c＜b＞A2.52CH3OH(g)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1302 kJ/mol

【解析】(1)①根据反应中NO2（g）和SO2（g）的起始浓度分别为0.1mol/L，设在10min达到平衡时，NO2浓度的该变量为x，根据三段式可知：
        NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）
初始（mol/L）：0.1    0.1     0   0
△C： x     x      x   x
平衡： 0.1-x   0.1-x     x   x
根据平衡常数为可知：=      解得x=0.06mol/L,
则平均速率v（NO2）==0.006mol/（L•min）；

②由于容器体积相同，且反应为气体体积不变的反应，故按照等比加料，达到的是等效平衡，故甲和丙为等效平衡，即丙中所达的平衡状态和甲相同，而由于丙中反应物的浓度大于甲，故反应速率比甲快，到达平衡的时间比10min短；由于甲和丙为等效平衡，故甲、丙中SO2（g）的转化率相等，而乙相当于是向甲容器中加入NO2，据故SO2的转化率大于甲，故三个容器中的转化率的关系为a=c＜b；

(2)①图象甲中平衡常数曲线随温度升高而增大，说明正反应为吸热反应，△H＞0；
②Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)，反应前后是气体体积不变的吸热反应；A．升高温度，平衡正向移动，则c(CO)/c(CO2)增大，故A正确；B．增大压强，平衡不移动，c(CO)/c(CO2)不变，故B错误；C．充入一定量CO，平衡时c(CO)/c(CO2)不变，故C错误；D．再加入一些铁粉，平衡不移动，c(CO)/c(CO2)不变，故D错误；故答案为A；
③ Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)，
起始量       0.7          0
变化量       0.5         0.5
平衡量       0.2         0.5
8分钟内，CO的平均反应速率v(CO)==0.0625mol/(L•min)，K==2.5；

(3)已知：①CO (g)+2H2(g)CH3OH (g)△H1=-116kJ•mol-1
②CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ•mol-1
③H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJ•mol-1
根据盖斯定律，②-①+③×2可得：CH3OH (g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-651 KJ•mol-1或 2CH3OH(g)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1302 kJ/mol。

点睛：盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的；即化学反应热只与其反应的始态和终态有关，而与具体反应进行的途径无关；盖斯定律的基本使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”，平时要多练习，才能熟能生巧。