Question

【题目】煤炭燃烧时产生大量SO2、NO对环境影响极大。

(1)使用清洁能源可有效减少SO2等的排放。煤的液化是现代能源工业中重点推广的能源综合利用方案，最常见的液化方法为用煤生产CH3OH。已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如下：

i：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－a kJ/mol

ii：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋b kJ/mol

iii：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

ΔH3＝________。

(2)在密闭容器中进行反应i，改变温度时，该反应中的所有物质都为气态，起始温度、体积相同(T1 ℃、2 L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表：

	反应时间	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
反应Ⅰ恒 温恒容	0 min	2	6	0	0
	10 min		4.5
	20 min	1
	30 min			1
反应Ⅱ绝 热恒容	0 min	0	0	2	2

①达到平衡后，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(Ⅰ)________K(Ⅱ)(填“>”“<”或“＝”下同)；平衡时CO2的浓度c(Ⅰ)________c(Ⅱ)。

②对反应Ⅰ，在其他条件不变下，若30 min时只改变温度为T2 ℃，再次平衡时H2的物质的量为2.5 mol，则T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。

③若30 min时只向容器中再充入1 mol H2(g)和1 mol H2O(g)，则平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。

(3)研究人员发现，将煤炭在O2/CO2的气氛下燃烧，能够降低燃煤时NO的排放，主要反应为：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)。在一定温度下，于2 L的恒容密闭容器中充入0.1 mol NO和0.3 mol CO发生该反应，如图为容器内的压强(p)与起始压强(p0)的比值(p/p0)随时间的变化曲线。

①0～5 min内，该反应的平均反应速率v(NO)＝________；平衡时N2的产率为________。

②若13 min时，向该容器中再充入0.06 mol CO2，15 min时再次达到平衡，此时容器内/的比值应在图中A点的________(填“上方”或“下方”)。

Answer 1

【答案】－(a+b)kJ/mol < > > 正向 6×10－3 mol/(L·min 80% 上方

【解析】

(1)已知：i：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－a kJ/mol

ii：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋b kJ/mol

iii：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

根据盖斯定律可知i－ii即得到CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH3＝－(a+b)kJ/mol。

(2)①正反应放热，反应I是恒温恒容容器，反应Ⅱ绝热恒容，图表中反应Ⅱ若恒温恒容达到相同平衡状态，Ⅱ为逆向恒容绝热，温度降低，平衡正向进行，平衡常数增大，所以达到平衡后，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)，平衡时CO2的浓度c(Ⅰ)＞c(Ⅱ)。

②对反应Ⅰ，根据表中数据可知平衡时氢气的物质的量是3mol，在其他条件不变下，若30 min时只改变温度为T2 ℃，再次平衡时H2的物质的量为2.5 mol，说明平衡正向进行温度降低，则T1＞T2。

③根据表中数据可知反应Ⅰ中平衡时二氧化碳、氢气、甲醇、水蒸气浓度分别是（mol/L）0.5、1.5、0.5、0.5，则该温度下平衡常数为。若30 min时只向容器中再充入1 mol H2(g)和1 mol H2O(g)，浓度熵为，则平衡正向移动。

(3)①根据图像可知5min时混合气体的物质的量是0.4mol×0.925＝0.37mol，物质的量减少0.03mol，根据方程式2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)可知消耗NO是0.06mol，浓度是0.03mol/L，所以0～5 min内，该反应的平均反应速率v(NO)＝0.03mol/L÷5min＝6×10－3 mol/(L·min)；同理可计算平衡时气体的物质的量是0.4mol×0.9＝0.36mol，减少0.04mol，所以生成氮气是0.04mol，理论上生成氮气是0.05mol，则平衡时N2的产率为。

②若13 min时，向该容器中再充入0.06 mol CO2，若平衡不移动，则。增大生成物浓度平衡逆向进行，混合气体的物质的量增大，则再次达到平衡，此时容器内/的比值应在图中A点的上方。