Question

【題目】2013年9月以來，我國很多地區(qū)再大面積出現霧霾，特別是華中華北尤其嚴重，汽車尾氣、燃煤廢氣和冬季取暖排放的CO2等都是形成霧霾的原因。

Ⅰ．用于凈化汽車尾氣的反應為：2NO（g）+2CO（g） 2CO2（g）+N2（g）△H＜0，在一定溫度下，如圖在一體積固定的密閉容器中充入一定量的NO和CO，在t1時刻達到平衡狀態(tài)。

（1）能判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志是_______。

A．在單位時間內生成1mol CO2的同時消耗了1mol CO

B．混合氣體的密度不再改變

C．混合氣體的平均相對分子質量不再改變

D．混合氣體的壓強不再變化

（2）在t2時刻將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t3時刻達到新的平衡狀態(tài)，之后不再改變條件．請在圖中補充畫出從t2到t4時刻正反應速率隨時間的變化曲線：___________

Ⅱ．使用石油熱裂解的副產物CH4來制取H2，其生產流程如圖1所示：

（3）此流程的第Ⅰ步反應為：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),一定條件下CH4的平均轉化率與溫度、壓強的關系如圖2所示，則P1_____P2(填“>”、“<”或“=”),100℃時，將1molCH4(g)和2molH2O(g)通入容積為100L的恒容的密閉容器中，達到平衡時CH4的轉化率為0.5。此時該反應的平衡常數K____________ (寫出完整的計算過程)

（4）此流程的第Ⅱ步反應的平衡常數隨溫度的變化情況如下表

溫度/℃	400	500	830
平衡常數K	10	9	1
溫度/℃	400	500	830
平衡常數K	10	9	1

從表上可以推斷該反應是___________（填“吸熱”或“放熱”）反應，若反應在500℃時進行，設CO(g)和H2O(g)的起始濃度均為0.020mol/L,在該條件下，反應達到平衡時，CO的轉化率為________；

（5）圖3表反應Ⅱ在t1時達到平衡，在t2時因改變某個條件引起濃度變化的情況，圖中t2時改變的條件是降低溫度或________________（寫一種）

Answer 1

【答案】 CD < 2.25×10-4 放熱 75% 增加水蒸汽、或減少氫氣的量

【解析】Ⅰ．(1)A．在單位時間內生成1mol CO2是正反應，同時消耗了1mol CO也是正反應，故A錯誤；B．密度=，總質量不變，體積也不變，故混合氣體的密度始終不變，不能作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據，故B錯誤；C．平均分子量=，總質量不變，總物質的量發(fā)生變化，故混合氣體的平均相對分子質量不再改變可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據，故C正確；D．反應前后氣體的物質的量不等，故混合氣體的壓強不再變化可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據，故D正確；故答案為：CD；

(2)在t2時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，則正逆反應速率均減小，但平衡向逆反應方向移動，所以正確的圖象應該是，故答案為：；

Ⅱ．(3)由圖可知溫度相同，到達平衡時，壓強為P1的CH4轉化率高，說明平衡向正反應方向移動。該反應為氣體體積增大的反應，要使平衡向正反應方向移動，需要減小壓強，因此P1＜P2；100℃時，將1molCH4和2molH2O通入容積為100L的恒容密閉容器中，達到平衡時CH4的轉化率為0.5，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始量(mol/L) 0.01 0.02 0 0

變化量(mol/L) 0.005 0.005 0.005 0.015

平衡量(mol/L) 0.005 0.015 0.005 0.015

平衡常數K===2.25×10-4(mol/L)2；故答案為：＜；2.25×10-4；

(4)分析圖表數據可知平衡常數隨溫度升高而減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，正反應是放熱反應；若在500℃時進行，平衡常數為9，假設起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020mol/L，一氧化碳消耗物質的量濃度為x，

CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，

起始量(mol) 0.020.02 0 0

變化量(mol) xx x x

平衡量(mmol)0.02-x 0.02-x x x

K==9，x=0.015mol/L，CO的轉化率=×100%=75%，故答案為：75%；

(5)根據上述分析，CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，反應是氣體體積不變的放熱反應，在t2時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，說明平衡正向移動，可以降低溫度，或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量等，均可以實現平衡正向移動，故答案為：增加水蒸汽的量或減少氫氣的量。