Question

下圖是煤化工產業鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

(1)已知該產業鏈中某反應的平衡表達式為：K＝
它所對應反應的化學方程式為                                            。
已知在一定溫度下，在同一平衡體系中各反應的平衡常數如下：
C(s)+CO₂(g)  2CO(g)，K₁
CO(g)+H₂O(g)  H₂(g)+CO₂(g)，K₂
C(s)+H₂O(g)  CO(g)+H₂(g)，K₃
則K₁、K₂、K₃之間的關系為                          。
(2)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數以解決各種實際問題。已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，發生如下反應：CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)，該反應平衡常數隨溫度的變化如下：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

該反應的逆反應方向是        反應（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時進行，設起始時CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，反應達到平衡時CO的轉化率為          。
(3)對于反應N₂O₄(g)2NO₂(g)；△H=Q（Q>0），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖所示。下列說法正確的是　　  　　。

A．兩種不同的溫度比較：T₁ > T­­­₂
B．A、C兩點的反應速率：A<C
C．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C     
D．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法實現
(4)如右圖，采用NH₃作還原劑，煙氣以一定的流速通過兩種不同催化劑，測量逸出氣體中氮氧化物含量，從而確定煙氣脫氮率，反應原理為：NO(g) + NO₂(g) + 2NH₃(g)  2N₂(g) + 3H₂O(g)

以下說法正確的是（注：脫氮率即氮氧化物轉化率）
A．上述反應的正反應為吸熱反應
B．相同條件下，改變壓強對脫氮率沒有影響
C．曲線①、②最高點表示此時平衡轉化率最高
D．催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮

Answer 1

(1)（2分）C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）    K₃=K₁?K₂
(2)（2分）吸熱，75% （各1分）
(3)（2分）B、D （一個1分，錯一個扣2分）
(4)（2分）D

（1）平衡常數的定義為：可逆反應達到平衡后，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值。所以，由平衡常數表達式K＝可知：對應的方程式為：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）；
由方程式C(s)+CO₂(g)  2CO(g)，K₁①；CO(g)+H₂O(g)  H₂(g)+CO₂(g)，K₂②； 
C(s)+H₂O(g)  CO(g)+H₂(g)，K₃③；得將①+②=③，即可知K₁、K₂、K₃之間的關系為K₃=K₁?K₂；
（2）由表中平衡常數與溫度的關系：溫度越高K越小，即可知逆反應方向的反應為吸熱反應；
由方程式：CO(g)   +    H₂O(g)   H₂(g)  +  CO₂(g)，
起始濃度：0.020mol/L   0.020mol/L        0        0
變化濃度：  x           x               x        x
平衡濃度：0.020-x       0.020-x           x        x
500℃時平衡常數K=9=；平衡時CO的轉化率；
（3）由方程式N₂O₄(g)2NO₂(g)；△H=Q（Q>0），溫度越高，NO₂(g)的含量越高，即T₂ > T­­­₁，A錯；相同溫度下，壓強越大，體積越小，氣體的濃度越高，反應速率越快，所以A、C兩點的反應速率：A<C，B正確；B、C兩點NO₂(g)的體積分數相同，即B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B=C，C錯；B→A的過程中NO₂(g)的的體積分數增大，可用加熱的方法實現，D正確；
（4）由于反應為：NO(g) + NO₂(g) + 2NH₃(g)  2N₂(g) + 3H₂O(g)，由圖像可知，相同條件下，開始時隨溫度的升高脫氮率逐漸增大，后隨溫度的升高脫氮率逐漸減小；最高點表示達到平衡狀態，平衡后再升高溫度脫氮率反而是減小的，所以，該反應的正反應方向為放熱反應，A錯；該反應為非等體積反應，壓強的改變必須會影響脫氮率，所以B錯；曲線①、②最高點表示反應達到平衡狀態，C錯；由圖形分析可知催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮，D正確；