Question

【題目】新舊動能轉換工程之一是新能源新材料的挖掘和應用。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)權的世界首創(chuàng)技術，制備過程如下：

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

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

反應 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（HOCH2CH2OH）的總熱化學方程式：________________________________________，該反應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 2 L 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 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已達到化學平衡狀態(tài)的是________。

a. 混合氣體總物質(zhì)的量不再變化

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0.4 mol NO，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△H＜0，在恒容的密閉容器中，反應達平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是____________（填字母）。

④反應達平衡后向2 L恒容密閉容器中再加入 0.4mol的CO 和 0.4mol NO，化學平衡向________（填“正反應”、“逆反應”或“平衡不移動”）方向移動。

Answer 1

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

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進行分析；根據(jù)G=H-TS<0反應自發(fā)進行進行分析；

（2）根據(jù)化學平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)：v(正)=v(逆)，各組分的濃度保持不變及由此衍生出的相關物理量結合反應進行分析判斷；

（1）反應 I: 4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g) 4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 = a kJ·mol-1；反應 II: 2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g) △H2= b kJ·mol-1；反應 III: CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g) HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g) △H3= c kJ·mol-1；根據(jù)蓋斯定律，由I×1/2+ II+ III得反應：4H2(g)+2CO(g)+1/2O2(g) HOCH2CH2OH(l)+H2O(g) △H3=(1/2a+b+c)kJ·mol-1；該反應為熵減的反應，S<0，已知該反應能夠在較低溫度下能夠自發(fā)進行，要使G=H-TS<0，必須滿足△H<0；

故答案是：4H2(g)+2CO(g)+1/2O2(g)HOCH2CH2OH(l)+H2O(g) △H3=(1/2a+b+c)kJ·mol-1 ；< ；

（2）①a.根據(jù)2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g) △H2= b kJ·mol-1反應可知，該反應為氣體總量減小的反應，當混合氣體總物質(zhì)的量不再變化，說明反應已達平衡狀態(tài)，故選；

b.該反應在恒容條件下進行且參與物質(zhì)不完全為氣體，根據(jù)ρ=m/V可知，反應前后氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，因此氣體的密度為變量，當混合氣體的密度不再變化，說明反應已達平衡狀態(tài)，故選；

c.單位時間內(nèi)生成CO和NO的物質(zhì)的量相等，說明正逆反應速率相等，反應達平衡狀態(tài)，故選；

d.CO和CH3ONO的投料相等且在反應中計量數(shù)相等，故兩者的濃度比始終不變，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故不選；

答案選abc；

②2CO(g)+2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g)反應10min達到平衡時CO的體積分數(shù)與NO的體積分數(shù)相等；若此時向容器中再通入0.4 mol NO，恒容條件下相當于增大壓強，平衡向氣體體積縮小的正方向移動，NO的體積分數(shù)增大，故新平衡時NO的體積分數(shù)與原平衡時相比增大；

故答案是：增大；

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

b平衡常數(shù)只與溫度有關，與濃度無關，故NO的濃度變化，K值保持不變，選項b正確；

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

d.該反應為氣體體積縮小的反應，增大壓強，平衡正向移動，CO的轉化率增大，選項d錯誤；

故答案選b。

④設平衡轉化率為x，則

2CO(g)+2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g)

開始 0.2 . 0.2 0 0

改變 0.2x 0.2x 0.1x 0.2x

平衡 0.2-0.2x 0.2-0.2x 0.1x 0.2x

10min達到平衡時CO的體積分數(shù)與NO的體積分數(shù)相等，則0.2-0.2x=0.2x，解得x=0.5；該溫度下化學平衡常數(shù)K=；反應達到平衡后，向2 L恒容密閉容器中再加入 0.4mol的CO 和 0.4mol NO，濃度分別為：0.4mol/2 L=0.2mol/L，0.4mol/2 L=0.2mol/L，所以：c（CO）=0.2-0.2×0.5+0.2=0.3mol/L；c（CH3ONO）=0.2-0.2×0.5=0.1mol/L；c（NO）=0.2×0.5+0.2=0.3mol/L；反應的濃度商QC= c2（NO）/ c2（CH3ONO）c2（CO）=0.32/0.12×0.32=100= K，反應達化學平衡不移動；

故答案是：平衡不移動。