Question

3．Ⅰ．工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，回答下列問題：
（1）工業(yè)生產(chǎn)時，制取氫氣的一個反應為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂．T℃時，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1．該溫度下此反應的平衡常數(shù)K=1（填計算結果）．
（2）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣，目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（3）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質和水．科學家利用此原理，設計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極在堿性條件下發(fā)生反應的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
Ⅱ．甲醇是一種重要的有機化工原料，可用于制取甲醚．一定溫度下，在三個體積為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．

容器 編號	溫度（℃）	起始物質的量（mol）	平衡物質的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
Ⅰ	387	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	387	0.40	a	b
Ⅲ	207	0.20	0.090	0.090

（4）容器I中的反應達到平衡時所需的時間大于（填“大于”“小于”或等于）容器II中的．
（5）a=0.16
（6）下列說法中能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是BD．（填字母）
A．容器中壓強不變      B．混合氣體中c（CH₃OCH₃） 不變
C．混合氣體的密度不變  D．單位時間內(nèi)生成CH₃OH與CH₃OCH₃的分子個數(shù)之比為2：1
（7）已知下面兩個反應（m、n均大于0）：
反應①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-m kJ•mol^-1
反應②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-n kJ•mol^-1
則下列m與n的關系中，正確的是A（填字母）．
A．n＞2m　　　  B．m＞2n　　  C.2m＞n 　　 D．m＞3n．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）T℃時，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）：0.2   0.3      0      0
變化量（mol/L）：0.12  0.12     0.12   0.12
平衡量（mol/L）：0.08  0.18     0.12   0.12
代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算平衡常數(shù)；
（2）已知：①．CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）；
（3）氨氣發(fā)生氧化反應，失去電子，堿性條件下生成氮氣與水；
Ⅱ．（4）相同溫度下，濃度越大，反應速率越快，到達平衡的時間越短；
（5）容器Ⅱ中平衡等效為在容器I中平衡的基礎上壓強增大一倍，反應前后氣體體積不變，平衡不移動，甲醇的轉化率相同；
（6）A．反應前后氣體的物質的量不變，恒溫恒容下，容器中壓強始終不變；
B．平衡時各組分的濃度保持不變；
C．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變；
D．單位時間內(nèi)生成CH₃OH與CH₃OCH₃的分子個數(shù)之比為2：1，而生成2分子甲醇需要1分子甲醚，說明甲醚的生成速率與消耗速率相等；
（7）已知：反應①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-m kJ•mol^-1
反應②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-n kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①×2可得：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2m-n）kJ•mol^-1，
由表中數(shù)據(jù)，對比I、Ⅲ可知，降低溫度平衡時甲醚的物質的量增大，說明降低溫度平衡正向移動，正反應為放熱反應．

解答 解：Ⅰ．（1）T℃時，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）：0.2    0.3     0      0
變化量（mol/L）：0.12   0.12    0.12   0.12
平衡量（mol/L）：0.08   0.18    0.12   0.12
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案為：1；
（2）已知：①．CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（3）氨氣發(fā)生氧化反應，失去電子，堿性條件下生成氮氣與水，電極反應為為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
Ⅱ．（4）相同溫度下，Ⅱ中濃度較大，反應速率越快，到達平衡的時間更短，故答案為：大于；
（5）容器Ⅱ中平衡等效為在容器I中平衡的基礎上壓強增大一倍，反應前后氣體體積不變，平衡不移動，甲醇的轉化率相同，故a=0.08×2=0.16，
故答案為：0.16；
（6）A．反應前后氣體的物質的量不變，恒溫恒容下，容器中壓強始終不變，不能說明到達平衡，故A錯誤；
B．混合氣體中c（CH₃OCH₃） 不變，說明到達平衡，故B正確；
C．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故C錯誤；
D．單位時間內(nèi)生成CH₃OH與CH₃OCH₃的分子個數(shù)之比為2：1，而生成2分子甲醇需要1分子甲醚，說明甲醚的生成速率與消耗速率相等，反應到達平衡，故D正確，
故選：BD；
（7）已知：反應①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-m kJ•mol^-1
反應②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-n kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①×2可得：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2m-n）kJ•mol^-1，
由表中數(shù)據(jù)，對比I、Ⅲ可知，降低溫度平衡時甲醚的物質的量增大，說明降低溫度平衡正向移動，正反應為放熱反應，即2m-n＜0，則n＞2m，
故選：A．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、熱化學方程式、原電池等，題目比較綜合，是對學生綜合能力的考查，難度中等．