Question

2013年9月，中國華北華中地區發生了嚴重的霧霆天氣，北京、河北、河南等地的空氣污染升為6級空氣污染，屬于重度污染。汽車尾氣、燃煤廢氣、冬季取暖排放的CO₂等都是霧履形成的原因。
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為;2NO(g)＋2CO(g)N₂（g)＋2CO₂（g)　 △H＜0，在一定溫度下，在一體積固定的密閉容器中充入一定量的NO和CO在t₁時刻達到平衡狀態。
①能判斷該反應達到平衡狀態的標志是＿＿＿＿。

A．在單位時問內生成1mol CO2的同時消耗了lmol CO

B．混合氣體的密度不再改變

C．混合氣體的平均相對分子質量不再改變

D．混合氣體的壓強不再變化

②在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時刻達到新的平衡狀態，之后不再改變條件。請在右圖中補充畫出從t₂到t₄時刻正反應速率隨時間的變化曲線：

③若要同時提高該反應的速率和NO的轉化率，采取的措施有_____、____。（寫出2個）
(2）改變煤的利用方式可減少環境污染，通常可將水蒸氣通過紅熱的碳得到水煤氣，其反應原理為C(s)＋H₂O(g)CO(g)＋H₂(g) △H＝+131.3kJ/mol。
①該反應在___下能自發進行（填“高溫”或“低溫”）。
②煤氣化過程中產生的有害氣體H₂S可用足量的Na₂C0₃溶液吸收，該反應的離子方程式為____。（已知：H₂S： K_a1＝9.1×10^-8；K_a2＝1.1×10^-12。H₂CO₃：K_a1＝4.30×10^-7；K_a2＝5.61×10^-11）
(3）已知反應：CO(g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g），現將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通人到體積為2L的恒容密閉容器中進行反應，得到如下三組數據：

實驗	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

 
①實驗1條件下平衡常數K＝______（保留小數點后二位）。
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關系是______。
③該反應的△H ______0(填“＜”或“＞”）；若在900⁰C時，另做一組實驗，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H₂O,2mo1 CO₂,5mol H₂，則此時υ_正______υ_逆（填“＜”，“＞”，“＝”）。

Answer 1

（1）①CD（2分） ②（2分）
③增大壓強、向容器中再充入CO氣體（2分）
（2）①高溫（1分）②CO₃^2-+H₂S＝HCO₃^-+HS^-
（3）①2.67（2分） ②a＜b（2分） ③＜（1分）；＜（2分）

試題分析：（1）①在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，則A、在單位時問內生成1mol CO₂的同時消耗了lmol CO，二者的反應方向是一致的，在任何條件下均成立，不能說明反應達到平衡狀態，A不正確；B、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，因此混合氣體的密度不再改變不能說明反應達到平衡狀態，B不正確；C、混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，所以混合氣體的平均相對分子質量不再改變可以說明反應達到平衡狀態，C正確；D、正方應是體積減小的可逆反應，即壓強是減小的，因此混合氣體的壓強不再變化可以說明反應達到平衡狀態，D正確，答案選CD。
②t₂時刻是平衡狀態，此時將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，壓強降低，正逆反應速率均瞬間降低，平衡向逆反應方向移動，因此在其他條件不變的情況下，其圖像可以表示為。
③若要同時提高該反應的速率和NO的轉化率，則平衡必須向正反應方向移動。由于正方應是體積減小的放熱的可逆反應，因此采取的措施有增大壓強、向容器中再充入CO氣體。
（2）①由熱化學反應方程式可知，該反應為焓增、熵增過程，即△H＞0、△S＞0，必須滿足△G=△H-T△S＜0反應才能自發進行，所以在高溫下能夠自發進行。
②由于K_a2＝5.61×10^-11＜K_a1＝9.1×10^-8＜K_a1＝4.30×10^-7、K_a2＝5.61×10^-11＞K_a2＝1.1×10^-12，所以氫硫酸能夠與碳酸鈉溶液反應生成碳酸氫鈉和硫氫化鈉，反應的離子方程式為：CO₃^2-+H₂S＝HCO₃^-+HS^-。
(3)①     H₂O（g）+CO（g）CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   1mol/L   2mol/L         0          0
轉化濃度  0.8mol/L   0.8mol/l     0.8mol/l  0.8mol/l
平衡濃度 0.2mol/L  1.2mol/L     0.8mol/l  0.8mol/l
所以平衡常數K＝＝2.67
②增大水蒸氣的濃度可以提高CO的轉化率，因此實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關系是a＜b。
③根據表中1、2數據可知，實驗1中CO的轉化率為×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，則該反應的△H＜ 0；實驗2條件下平衡常數，需要列式計算平衡濃度
H₂O（g）+CO（g）CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   0.5mol/L   1mol/L         0          0
轉化濃度  0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l  0.2mol/l
平衡濃度 0.3mol/L  0.8mol/L     0.2mol/l  0.2mol/l
則K==0.17
若在900⁰C時，另做一組實驗，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H₂O,2mo1 CO₂,5mol H₂，則此時＝0.2＞0.17，這說明反應在向逆反應方向進行，因此υ_正＜υ_逆。