Question

1．霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)，給我們的生活帶來諸多不便．其中，燃煤尾氣和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
則反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃（用△H₁、△H₂和△H₃表示）
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如下圖1所示．據此判斷：

①在T₂溫度下，0～2s內的平均反應速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）．
②該反應平衡常數表達式為：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（NO）}$；升高溫度時平衡常數K減�。ㄟx填：“增大”、“減小”或“不變”）．
③當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在上圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
④若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是CD（填代號）．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（N₂）；
②結合平衡常數的概念書寫平衡表達式；根據先拐先平，溫度高反應速率快，T₁＞T₂，結合縱坐標二氧化碳濃度變化和平衡移動原理分析判斷反應的熱量變化，再判斷溫度升高時平衡移動的方向，推測平衡常數的變化；
③接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同；
④A．t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，最后不再變化；
B．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
C．到達平衡后，溫度為定值，平衡常數不變，結合反應熱判斷隨反應進行容器內溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數的影響；
D．到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
依據蓋斯定律計算（①×2+②-③）×$\frac{1}{2}$得到，
反應CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃
故答案為：△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃；
（2）①由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學計量數之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②可逆反應2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）平衡常數表達式：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（NO）}$；據圖1，T₁溫度下反應速率最快，最先達到平衡，可知T₁＞T₂，溫度越高n（CO₂）越小，正反應方向△H＜0，則升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減�。�
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（NO）}$；減小；
③接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
④A．t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故B錯誤；
C．該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數不變，為最小，圖象與實際符合，故C正確；
D．NO的質量分數為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：CD．

點評 本題考查蓋斯定律、化學平衡移動和物質的量計算，難度中等，其中熱化學方程式書寫，和焓變的計算，并能分析化學平衡中轉化率曲線的變化，掌握基礎是解題關鍵．