Question

【題目】（1）隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)家擬于“十二五”期間，將二氧化硫(SO2)排放量減少8%，氮氧化物(NOx)排放顯減少10%，二氧化碳(CO2)的排放量也要大幅減少。

①已知反應(yīng)：NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)，一定條件下，將NO2與SO2以體積比1∶2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____(填字母)。

A．體系壓強(qiáng)保持不變

B．混合氣體顏色保持不變

C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化

D．每消耗1molSO3的同時(shí)生成1 molNO2

②CO2可轉(zhuǎn)化成有機(jī)物 CH3OH實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。在1L的密閉容器中，充入lmolCO2和 3molH2，一定條件下反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(H2)=_______

③工業(yè)上，CH3OH 也可由CO和H2合成。參考合成反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)。下列說法正確的是_____。（雙選）

溫度/℃	0	100	200	300	400
平衡常數(shù)	667	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)

B．該反應(yīng)在低溫下不能自發(fā)進(jìn)行，高溫下可自發(fā)進(jìn)行

C．在T℃時(shí)，1L密閉容器中投入0.1molCO和 0.2molH2，達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為 50%，則此時(shí)的平衡常數(shù)為100

D．工業(yè)上采用稍高的壓強(qiáng)(5MPa)和250℃，是因?yàn)榇藯l件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高

（2）以NH3與CO2為原料可以合成尿素[CO(NH2)2]，涉及的化學(xué)反應(yīng)如下：

反應(yīng)I：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) ΔH1=159.5 kJ·mol1；

反應(yīng)II：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+116.5 kJ·mol1；

反應(yīng)III：H2O(l)H2O(g) ΔH3=+44.0 kJ·mol1。

則反應(yīng)IV：NH3與CO2合成尿素同時(shí)生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為_________。

（3）T1℃時(shí)，向容積為2L的恒容密閉容器中充入n(NH3)∶n(CO2)=2∶1的原料氣，使之發(fā)生反應(yīng)IV，反應(yīng)結(jié)束后得到尿素的質(zhì)量為30g，容器內(nèi)的壓強(qiáng)(p)隨時(shí)間(t)的變化如圖1所示。（M(尿素)=60g/mol）

①T1℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的值為______。

②圖2中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為____（填曲線標(biāo)記字母）

Answer 1

【答案】B 0.225mol·L－1·min－1 AC 2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH＝87.0 kJ·mol1 128(mol/L)-3 a

【解析】

(1)①達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；

②根據(jù)v=計(jì)算出v(CH3OH)，然后根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比求出v(H2)；

③A．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；B．根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；C．利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)平衡混合物各組分的濃度，代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；D．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，不利用原料氣轉(zhuǎn)化；

(2)先寫出NH3與CO2合成尿素同時(shí)生成液態(tài)水的化學(xué)方程式為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)，根據(jù)該化學(xué)方程式、利用蓋斯定律I+II-III得到NH3與CO2合成尿素同時(shí)生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
(3)①平衡常數(shù)是生成物濃度冪積與反應(yīng)物濃度冪積之比，反應(yīng)結(jié)束后得到尿素的物質(zhì)的量為=0.5mol，利用反應(yīng)的三段式計(jì)算出平衡時(shí)c(NH3)、c(CO2)，將其代入平衡常數(shù)表達(dá)式求出平衡常數(shù)K的值；

②反應(yīng) IV為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-87.0kJmol-1，該反應(yīng)正向放熱，由于平衡常數(shù)k只與溫度有關(guān)，所以升高溫度，反應(yīng)逆向移動(dòng)。

(1)①A．無論是否達(dá)到平衡，體系壓強(qiáng)都保持不變，不能用于判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；B．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；C．混合氣體的總質(zhì)量和總物質(zhì)的量，無論是否達(dá)到平衡，二者均始終保持不變，即合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終不變，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；D．物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則每消耗1mol SO3的同時(shí)生成1molNO2，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；故答案為B。

②由圖象可知：v(CH3OH)==0.075 mol·L－1·min－1，v(H2)=3v(CH3OH)=0.225mol·L－1·min－1；

③A．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；B．反應(yīng)為放熱反應(yīng)△H＜0，△G=△H-T△S＜0，當(dāng)△S＜0時(shí)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，且高溫和低溫下，均可以自發(fā)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；

C．對(duì)于可逆反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始(mol/L) 0.1 0.2 0

變化(mol/L) 0.05 0.1 0.05

平衡(mol/L) 0.05 0.1 0.05

所以平衡常數(shù)k===100，故C正確；D．增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，有利于原料氣轉(zhuǎn)化。由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，故升高不利用原料氣轉(zhuǎn)化，采取250℃溫度，考慮反應(yīng)速率與催化劑的活性，故D錯(cuò)誤；故答案為AC；

(2)NH3與CO2合成尿素同時(shí)生成液態(tài)水的化學(xué)方程式為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)，根據(jù)蓋斯定律I+II-III有：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-159.5kJmol-1+(+116.5kJmol-1)-(+44.0kJmol-1)=-87.0kJmol-1；

(3)①設(shè)起始n(CO2)=x，則n(NH3)=2x，平衡時(shí)生成尿素的物質(zhì)的量為=0.5mol，反應(yīng)IV的三段式為

2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)

起始量(mol) 2x x 0

變化量(mol)1 0.5 0.5

平衡量(mol) x-0.5 0.5

根據(jù)恒溫恒容條件下，氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比有3x：(2x-1+x-0.5+0.5)=9：3，x=0.75mol，平衡時(shí)c(NH3)==0.25mol/L、c(CO2)=0.125mol/L，平衡常數(shù)k===128；

②2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-87.0kJmol-1，該反應(yīng)正向放熱，所以升高溫度，反應(yīng)逆向移動(dòng)，k減小，即平衡常數(shù)k隨溫度升高而減小，故答案為a。