Question

【題目】新舊動能轉(zhuǎn)換工程之一是新能源新材料的挖掘和應(yīng)用。乙二醇是重要的化工原料， 煤基合成氣(CO、H2)間接制乙二醇具有轉(zhuǎn)化率高、回收率高等優(yōu)點，是我國一項擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首創(chuàng)技術(shù)，制備過程如下：

反應(yīng) I：4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g)4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 =akJ·mol-1

反應(yīng) II：2CO(g)+2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l)+2NO(g) △H2=b kJ·mol-1

反應(yīng) III：CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g)HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g) △H3=c kJ·mol-1

（1）請寫出煤基合成氣[n(CO)：n(H2)= 1：2]與氧氣間接合成乙二醇的總熱化學(xué)方程式：__，該反應(yīng)在較低溫條件下能自發(fā)進行，則ΔH___0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（2）一定溫度下，在2L的密閉容器中投入物質(zhì)的量均為0.4mol的CO和CH3ONO發(fā)生反應(yīng)II，10min達到平衡時CO的體積分數(shù)與NO的體積分數(shù)相等。

①下列選項能判斷反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____。

a.CO的質(zhì)量不再變化

b.混合氣體的密度不再變化

c.單位時間內(nèi)生成CO和NO的物質(zhì)的量相等

d.CO和CH3ONO的濃度比不再變化

②若此時向容器中再通入0.4molNO，一段時間后，達到新平衡時NO的體積分數(shù)與原平衡時相比__(填“增大”“相等”“減小”或“不能確定”)。

③若該反應(yīng)△H＜0，在恒容的密閉容器中，反應(yīng)達平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是____（填字母）。

a. b.

c. d.

Answer 1

【答案】4H2(g)+2CO(g)+O2(g)HOCH2CH2OH(l)+H2O(g) △H3=(a+b+c)kJ·mol-1 < abc 增大 b

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學(xué)方程式疊加，可得待求的反應(yīng)的熱好方程式。根據(jù)反應(yīng)自發(fā)進行的判斷依據(jù)分析反應(yīng)熱ΔH與0的大��；

(2)①根據(jù)可逆反應(yīng)平衡狀態(tài)的特征判斷；

②根據(jù)勒夏特列原理分析，改變平衡移動的條件，平衡向減弱這個因素的方向移動，但不可能完全消除；

③根據(jù)影響平衡的移動因素并結(jié)合圖象分析判斷。

(1)已知反應(yīng) I：4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g)4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 =akJ·mol-1、反應(yīng)II：2CO(g)+2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l)+2NO(g) △H2=b kJ·mol-1、反應(yīng)III：CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g)HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g) △H3=ckJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，由I×+Ⅱ+Ⅲ得反應(yīng)4H2(g)+2CO(g)+O2(g)HOCH2CH2OH(l)+H2O(g) △H3=(a+b+c)kJ·mol-1，則△H3=(a+b+c)kJ·mol-1；該反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，即△S<0，已知該反應(yīng)在較低溫條件下能自發(fā)進行，要使△G=△H-T△S<0，必須△H<0；

(2)①a.CO的質(zhì)量不再變化，說明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)，a符合題意；

b.該反應(yīng)在恒容條件下進行，且參與物質(zhì)不完全為氣體，氣體的密度為變量，當(dāng)混合氣體的密度不再變化，說明反應(yīng)已達平衡狀態(tài)，b符合題意；

c.CO和NO一種是反應(yīng)物，一種是生成物，若單位時間內(nèi)生成CO和NO的物質(zhì)的量相等，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，c符合題意；

d.CO和CH3ONO的投料相等且在反應(yīng)中計量數(shù)相等，因此兩者的濃度比始終不變，不能據(jù)此作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，d不符合題意；

故合理選項為abc；

②若此時向容器中再通入0.4 mol NO，NO的體積分數(shù)增大，平衡逆向移動，但平衡移動的趨勢是微弱的，根據(jù)勒夏特列原理可知，重新平衡時 NO的體積分數(shù)與原平衡時相比增大；

③a.該反應(yīng)為氣體計量數(shù)減小的放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，生成物濃度減小，反應(yīng)物濃度增大，平衡常數(shù)減小，a錯誤；

b.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)的物質(zhì)的物質(zhì)的量及濃度無關(guān)，故NO的物質(zhì)的量變化，K值保持不變，b正確；

c.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，NO的體積分數(shù)減小，c錯誤；

d.該反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，d錯誤；

故合理選項是b。