Question

【題目】“C1化學”是指以碳單質或分子中含1個碳原子的物質（如CO、CO2、CH4、CH3OH等）為原料合成工業產品的化學工藝，對開發新能源和控制環境污染有重要意義。

（1）一定溫度下，在兩個容積均為2L的密閉容器中，分別發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0kJ/mol。相關數據如下：

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

請回答：

①c1_____c2（填“>”、“<”或“＝”）；a=__________。

②若甲中反應10s時達到平衡，則用CO2來表示甲中反應從開始到平衡過程中的平均反應速率是__________mol/(L·s)。

（2）壓強為P1時，向體積為1L的密閉容器中充入bmol CO和2bmol H2，CO和氫氣發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。平衡時CO的轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。請回答：

①該反應屬于__________（填“吸”或“放”）熱反應；P1__________P2（填“>”、“<”或“＝”）。

②100℃時，該反應的平衡常數K=__________（用含b的代數式表示）。

（3）治理汽車尾氣的反應是2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H<0。在恒溫恒容的密閉容器中通入n(NO):n(CO)=1:2的混合氣體，發生上述反應。下列圖像正確且能說明反應在進行到t1時刻一定達到平衡狀態的是__________（選填字母）。

Answer 1

【答案】＝19.60.03放＜1/b2cd

【解析】

（1）①因為條件是等溫等容，且乙轉化到同一半邊，投入量和甲相同，兩個平衡為等效平衡，所以平衡時甲醇的濃度相等，即c1=c2；放出29.4kJ的熱量消耗n(CO2)=29.4kJ÷49.0kJ/mol=0.6mol，生成0.6mol甲醇。由于是等效平衡，則乙中平衡時剩余甲醇是0.6mol，消耗甲醇是0.4mol，因此吸收的熱量是0.4mol×49.0kJ/mol=19.6kJ。

②放出29.4kJ的熱量消耗n(CO2)=29.4kJ÷49.0kJ/mol=0.6mol，濃度是0.3mol/L，則用二氧化碳表示的反應速率是v(CO2)=0.3mol/L÷10s=0.03 mol/(L·s)；

（2）①壓強不變時，隨著溫度的升高CO的轉化率降低，根據勒夏特列原理可知平衡向逆反應方向進行，正反應屬于放熱反應；由于正反應是體積減小的可逆反應，增大壓強平衡向正反應方向進行，CO轉化率增大，所以P1＜P2。

②100℃是CO的轉化率為0.5，消耗n(CO)=0.5b，平衡時n(CO)=(b－0.5b)mol=0.5bmol，則根據方程式可知達到平衡時，n(H2)=(2b－2×0.5b)mol=bmol，n(CH3OH)=0.5b，由于體積是1L，則該溫度下的化學平衡常數為K=；

（3）a、平衡常數與溫度有關，溫度不變，則平衡常數始終不變，所以平衡常數不能判斷是否達到平衡狀態，故a錯誤；

b、為物質的量隨時間的變化，一氧化氮與二氧化碳物質的量相等時，各組分的量仍然繼續變化，說明沒有達到平衡狀態，故b錯誤；

c、起始通入n（NO）：n（CO）=1：2，二者反應按1：1進行，隨反應進行比例關系發生變化，從t1時刻起n（CO）：n（NO）不再變化，說明到達平衡，故c正確；

d、反應物的轉化率不變，說明達平衡狀態，故d正確；

答案選cd。