Question

4．能源、環(huán)境與生產(chǎn)生活和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)．
（1）一定溫度下，在兩個(gè)容積均為2L的密閉容器中，分別發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．相關(guān)數(shù)據(jù)如表：

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1mol CO2（g）和3mol H2（g）	1mol CH3OH （g）和 1mol H2O（g）
平衡時(shí)c（CH3OH）	c1	c2
平衡時(shí)能量變化	放出29.4kJ	吸收a kJ

①下列情況能說(shuō)明該反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是cd（填字母）．
a．v（CO₂）_消耗=v（CH₃OH）_生成
b．氣體的密度不再隨時(shí)間改變
c．CO₂和CH₃OH的濃度之比不再隨時(shí)間改變
d．氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再隨時(shí)間改變
②其他條件不變，達(dá)到平衡后，下列不能提高H₂轉(zhuǎn)化率的操作是bd（填字母）．
a．降低溫度b．充入更多的H₂c．移除甲醇d．增大容器體積
③c₁=c₂（填“＞”“＜”或“=”），a=19.6．
④該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{25}{12}$（或2.1）；若甲中反應(yīng)10s時(shí)達(dá)到平衡，則0～10s內(nèi)甲中的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.09mol•L^-1•s^-1．
（2）已知反應(yīng)：2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無(wú)色）△H＜0．將一定量的NO₂充入注射器后封口，如圖是在拉伸和壓縮注射器的過(guò)程中氣體透光率隨時(shí)間的變化（氣體顏色越深，透光率越�。�．下列說(shuō)法正確的是B（填字母）．

A．b點(diǎn)的操作是拉伸注射器
B．d點(diǎn)：v_正＜v_逆
C．c點(diǎn)與a點(diǎn)相比，c（NO₂）增大，c（N₂O₄）減小
D．若不忽略體系溫度變化，且沒(méi)有能量損失，則T_b＞T_c．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），兩種物質(zhì)組成改變一種會(huì)增大另一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率減小，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大；
③應(yīng)用恒溫恒容條件下的等效平衡知識(shí)來(lái)解決；甲、乙是等效平衡，則甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ；
④結(jié)合甲中放出熱量計(jì)算反應(yīng)的物質(zhì)的量，列三行計(jì)算平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$，然后根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算平均反應(yīng)速率；
（2）該反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡雖正向移動(dòng)，但二氧化氮濃度增大，混合氣體顏色變深，壓強(qiáng)減小平衡逆向移動(dòng)，但二氧化氮濃度減小，混合氣體顏色變淺，據(jù)圖分析，b點(diǎn)開(kāi)始是壓縮注射器的過(guò)程，氣體顏色變深，透光率變小，c點(diǎn)后的拐點(diǎn)是拉伸注射器的過(guò)程，氣體顏色變淺，透光率增大，據(jù)此分析．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，
a．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比為正反應(yīng)速率之比，v（CO₂）_消耗=v（CH₃OH）_生成只能說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，體積不變，氣體密度始終不變，氣體的密度不再隨時(shí)間改變，故b錯(cuò)誤；
c．CO₂和CH₃OH的濃度之比不再隨時(shí)間改變，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故c正確；
d．氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量減小，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再隨時(shí)間改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：cd；
②a．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故a不符合；
b．充入更多的H₂ 會(huì)提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故b符合；
c．移除甲醇平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故c不符合；
d．增大容器體積，壓強(qiáng)減小，平衡逆向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故d符合；
故答案為：bd；
③應(yīng)用恒溫恒容條件下的乙的投料量極端轉(zhuǎn)化為甲相當(dāng)于投1mol CO₂（g）和3mol H₂（g），所以兩者是等效平衡，所以c₁=c₂，甲、乙是等效平衡，則甲中放出的熱量與乙中吸收的熱量之和為49.0kJ，則a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案為：=；19.6；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．
起始量（mol）    1              3                  0                   0                   49KJ
變化量（mol/L） 0.6         1.8                 0.6               0.6             29.4KJ
平衡量（mol/L）0.4           1.2                0.6                0.6
平衡濃度c（CO₂）=0.2mol/L，c（H₂）=0.6mol/L，c（CH₃OH）=0.3mol/L，c（H₂O）=0.3mol/L
K=$\frac{0.3×0.3}{0.2×0．{6}^{3}}$=$\frac{25}{12}$≈2.1，
甲中反應(yīng)10s時(shí)達(dá)到平衡，則0～10s內(nèi)甲中的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{\frac{1.8mol}{2L}}{10min}$=0.09 mol•L^-1•s^-1，
故答案為：$\frac{25}{12}$（或2.1）；0.09 mol•L^-1•s^-1；
（2）A、b點(diǎn)開(kāi)始是壓縮注射器的過(guò)程，氣體顏色變深，透光率變小，故A錯(cuò)誤；
B、c點(diǎn)后的拐點(diǎn)是拉伸注射器的過(guò)程，d點(diǎn)是平衡向氣體體積增大的逆向移動(dòng)過(guò)程，所以v（逆）＞v（正），故B正確；
C、c點(diǎn)是壓縮注射器后的情況，二氧化氮和四氧化二氮的濃度都增大，故C錯(cuò)誤；
D、b點(diǎn)開(kāi)始是壓縮注射器的過(guò)程，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)放熱，導(dǎo)致T（b）＜T（c），故D錯(cuò)誤；
故答案為：B．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的是平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)計(jì)算、圖象分析判斷等，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，注意整理歸納．