Question

18．紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是重要的化工原料，工業(yè)上用鉻鐵礦（主要成分是FeO•Cr₂O₃）制備紅礬鈉的過程中會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：4FeO+Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂?8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃（s）+8CO₂△H＜0

（1）請(qǐng)寫出上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{8}（C{O}_{2}）}{{c}^{7}（{O}_{2}）}$．
（2）圖1、圖2表示上述反應(yīng)在t₁時(shí)達(dá)到平衡，在t₂時(shí)因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的曲線．由圖1判斷，反應(yīng)進(jìn)行至t₂時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因是對(duì)平衡體系降溫（用文字表達(dá)）；由圖2判斷，t₂到t₃的曲線變化的原因可能是b（填寫序號(hào)）．
a．升高溫度     b．加了催化劑      c．通入O₂      d．縮小容器體積
（3）工業(yè)上可用上述反應(yīng)中的副產(chǎn)物CO₂來生產(chǎn)甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
①已知該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則下列圖象圖3正確的是AC
②在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變得情況下，考查溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說法正確的是CD（填序號(hào)）

A．溫度為T₁時(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率：v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{i}_{A}}$ mol•L^-1•min^-1
B．該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的小
C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
D．處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大
③在T₁溫度時(shí)，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為1-$\frac{a}{2}$．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
（2）圖1中t₂時(shí)改變條件瞬間，CO₂、O₂濃度不變，不能是改變濃度或改變壓強(qiáng)，而后平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動(dòng)；
圖2中t₂到t₃的曲線變化說明平衡沒有移動(dòng)，只是反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，應(yīng)是使用催化劑；
（3）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）是熵減小的反應(yīng)，△H-T△S＜0能夠自發(fā)進(jìn)行，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡后升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小、反應(yīng)速率增大、甲醇的濃度減小、氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，未到平衡前，隨溫度升高甲醇的濃度增大、氫氣體積分?jǐn)?shù)減�。�
②由圖可知，T₂先達(dá)到平衡，則溫度T₂＞T₁，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，故反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，①中按照其計(jì)算速率的方法可知反應(yīng)速率的單位錯(cuò)誤，應(yīng)為mol•min^-1；
③根據(jù)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比對(duì)氣體物質(zhì)的量之比．

解答 解：（1）4FeO+Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂?8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃（s）+8CO₂的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{8}（C{O}_{2}）}{{c}^{7}（{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{8}（C{O}_{2}）}{{c}^{7}（{O}_{2}）}$；
（2）圖1中t₂時(shí)改變條件瞬間，CO₂、O₂濃度不變，不能是改變濃度或改變壓強(qiáng)，而后平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動(dòng)；
圖2中t₂到t₃的曲線變化說明平衡沒有移動(dòng)，只是反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：對(duì)平衡體系降溫；b；
（3）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）是熵減小的反應(yīng)，△H-T△S＜0能夠自發(fā)進(jìn)行，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
A．升溫平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)隨溫度的升高而減小，故A正確；
B．升溫化學(xué)反應(yīng)速率加快，故B錯(cuò)誤；
C．達(dá)平衡后再升溫，平衡逆向移動(dòng)，甲醇濃度減小，故C正確；
D．達(dá)平衡后再升溫，平衡逆向移動(dòng)，氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
②A．按照其計(jì)算速率的方法可知反應(yīng)速率的單位錯(cuò)誤，應(yīng)為mol•min^-1，一般用單位時(shí)間內(nèi)濃度變化量表示反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤；
B．由圖可知，T₂先達(dá)到平衡，則溫度T₂＞T₁，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，故B錯(cuò)誤；
C．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故C正確；
D．反應(yīng)體系從T₁變到T₂，平衡逆向移動(dòng)，則達(dá)到平衡時(shí)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故D正確；
故選：CD；
③反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1       3         0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：a       3a        a        a
平衡（mol）：1-a     3-3a      a         a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，即（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=1-$\frac{a}{2}$，
故答案為：1-$\frac{a}{2}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素等，題目比較綜合，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．