Question

【題目】2013年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區。其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一。

（1）CO2是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO2是解決溫室效應的有效途徑。目前，由CO2來合成二甲醚已取得了較大的進展，其化學反應是：

2CO2（g） + 6H2（g）CH3OCH3（g） + 3H2O（g） △H＞0。

①寫出該反應的平衡常數表達式 。

②判斷該反應在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達到化學平衡狀態的依據是 。

A．容器中密度不變

B．單位時間內消耗2molCO2，同時消耗1mol二甲醚

C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3

D．容器內壓強保持不變

（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO (g)2CO2 (g) + N2 (g)。在密閉容器中發生該反應時，c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線，如圖所示。據此判斷：

① 該反應的ΔH 0（選填“＞”、“＜”）。

②當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率。若催化劑的表面積S1＞S2，在圖中畫出c(CO2)在T2、S2條件下達到平衡過程中的變化曲線。

（3）已知：CO（g） + 2H2（g）CH3OH（g）△H = ﹣a kJmol-1。

①經測定不同溫度下該反應的平衡常數如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時刻、250℃測得該反應的反應物與生成物的濃度為c(CO)=0.4 mol·L－1、c(H2)=0.4 mol·L－1、c(CH3OH)=0.8 mol·L－1, 則此時v正 v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。

②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1 mol CO和2 mol H2混合，測得不同時刻的反應前后壓強關系如下：

時間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強比(P后/P前)	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

則前15分鐘，用氫氣表示的平均化學反應速率為 ，達到平衡時CO的轉化率為 。

Answer 1

【答案】（1） BD

（2）＜

（3）＜ 0.02mol/(L min) 45﹪

【解析】

試題分析：（1）①化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，則根據方程式可知該反應的平衡常數表達式為。

②A．由于該反應是在條件恒定的密閉容器內進行的，氣體的質量不變，所以在任何時刻都存在容器中密度不變，故不能作為判斷平衡的標志，A錯誤； B．單位時間內消耗2molCO2，就會產生1mol二甲醚，還同時消耗1mol二甲醚，說明物質的量不變，物質的濃度不變，所以反應達到平衡狀態，B正確；C．在任何時刻都存在v(CO2)︰v(H2)=1︰3，所以不能判斷反應是否處于平衡狀態，C錯誤；D．反應是在容器恒定的容器內進行的，而該反應是反應前后氣體體積不相等的反應，所以若容器內壓強保持不變，則氣體的物質的量不變，反應處于平衡狀態，D正確。答案BD；

（2）①催化劑不能改變平衡狀態，溫度高到達平衡的時間少，則T1＞T2。溫度高CO2的平衡濃度減小，這說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，所以正方應是放熱反應，即△H＜0。

②催化劑的表面積S1＞S2，在T1、S2條件下達到平衡所用的時間比T1、S1要長，但溫度相同最后的狀態與T1、S1相同，故圖像為：。

(3）①在250℃，化學平衡常數是2.041；而在此時，Qc= c(CH3OH)/ (c(CO) c2(H2))=0.8 mol/L÷[0.4 mol/L×(0.4 mol/L)2]=12.5＞2.041,說明反應逆向進行，即v正＜v逆；②在體積恒定的密閉容器內進行的反應，氣體的壓強之比等于氣體的物質的量的比。由于平衡時的壓強是開始的0.70倍，則反應減小的物質的量是3mol×0.30=0.90mol。根據方程式CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)可知每有1mol的CO發生反應，反應后氣體的物質的量會減少2mol，現在氣體的物質的量減小0.90mol，所以反應的CO的物質的量是0.90mol÷2=0.45mol，因此CO的轉化率是(0.45mol÷1mol) ×100%＝45%。