Question

【題目】煤炭燃燒時產生大量SO2、NO對環境影響極大。

(1)使用清潔能源可有效減少SO2等的排放。煤的液化是現代能源工業中重點推廣的能源綜合利用方案，最常見的液化方法為用煤生產CH3OH。已知制備甲醇的有關化學反應及平衡常數如下：

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)在密閉容器中進行反應i，改變溫度時，該反應中的所有物質都為氣態，起始溫度、體積相同(T1 ℃、2 L密閉容器)。反應過程中部分數據見下表：

	反應時間	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
反應Ⅰ恒 溫恒容	0 min	2	6	0	0
	10 min		4.5
	20 min	1
	30 min			1
反應Ⅱ絕 熱恒容	0 min	0	0	2	2

①達到平衡后，反應Ⅰ、Ⅱ對比：平衡常數K(Ⅰ)________K(Ⅱ)(填“>”“<”或“＝”下同)；平衡時CO2的濃度c(Ⅰ)________c(Ⅱ)。

②對反應Ⅰ，在其他條件不變下，若30 min時只改變溫度為T2 ℃，再次平衡時H2的物質的量為2.5 mol，則T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。

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

(3)研究人員發現，將煤炭在O2/CO2的氣氛下燃燒，能夠降低燃煤時NO的排放，主要反應為：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)。在一定溫度下，于2 L的恒容密閉容器中充入0.1 mol NO和0.3 mol CO發生該反應，如圖為容器內的壓強(p)與起始壓強(p0)的比值(p/p0)隨時間的變化曲線。

①0～5 min內，該反應的平均反應速率v(NO)＝________；平衡時N2的產率為________。

②若13 min時，向該容器中再充入0.06 mol CO2，15 min時再次達到平衡，此時容器內/的比值應在圖中A點的________(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

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

(2)①正反應放熱，反應I是恒溫恒容容器，反應Ⅱ絕熱恒容，圖表中反應Ⅱ若恒溫恒容達到相同平衡狀態，Ⅱ為逆向恒容絕熱，溫度降低，平衡正向進行，平衡常數增大，所以達到平衡后，反應Ⅰ、Ⅱ對比：平衡常數K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)，平衡時CO2的濃度c(Ⅰ)＞c(Ⅱ)。

②對反應Ⅰ，根據表中數據可知平衡時氫氣的物質的量是3mol，在其他條件不變下，若30 min時只改變溫度為T2 ℃，再次平衡時H2的物質的量為2.5 mol，說明平衡正向進行溫度降低，則T1＞T2。

③根據表中數據可知反應Ⅰ中平衡時二氧化碳、氫氣、甲醇、水蒸氣濃度分別是（mol/L）0.5、1.5、0.5、0.5，則該溫度下平衡常數為。若30 min時只向容器中再充入1 mol H2(g)和1 mol H2O(g)，濃度熵為，則平衡正向移動。

(3)①根據圖像可知5min時混合氣體的物質的量是0.4mol×0.925＝0.37mol，物質的量減少0.03mol，根據方程式2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)可知消耗NO是0.06mol，濃度是0.03mol/L，所以0～5 min內，該反應的平均反應速率v(NO)＝0.03mol/L÷5min＝6×10－3 mol/(L·min)；同理可計算平衡時氣體的物質的量是0.4mol×0.9＝0.36mol，減少0.04mol，所以生成氮氣是0.04mol，理論上生成氮氣是0.05mol，則平衡時N2的產率為。

②若13 min時，向該容器中再充入0.06 mol CO2，若平衡不移動，則。增大生成物濃度平衡逆向進行，混合氣體的物質的量增大，則再次達到平衡，此時容器內/的比值應在圖中A點的上方。