Question

【題目】(1)碳單質在工業上有多種用途。例如焦炭可用來制取水煤氣、冶煉金屬，活性炭可處理大氣污染物NO。一定條件下，在2 L密閉容器中加入NO和活性炭(無雜質)反應生成氣體A和B。當溫度在T1 ℃時，測得各物質平衡時物質的量如下表：

	活性炭(mol)	NO(mol)	A(mol)	B(mol)
初始	2.030	0.100	0	0
平衡	2.000	0.040	0.030	0.030

在T1 ℃時，達到平衡共耗時2分鐘，則NO的平均反應速率為________ mol·L－1·min－1；當活性炭消耗0.015 mol時，反應的時間________(填“大于”、“小于”或“等于”)1分鐘。

(2)固定和利用CO2，能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業上正在研究利用CO2來生產甲醇燃料的方法，該方法的化學方程式是：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。某科學實驗小組將6 mol CO2和8 mol H2充入一容積為2 L 的密閉容器中(溫度保持不變)，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中實線所示(圖中字母后的數字表示對應的坐標)。回答下列問題：

①該反應在0～8min時，CO2的轉化率是________。

②僅改變某一條件再進行實驗，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示。a、b、c、d四點中逆反應速率大小關系為_________，M、b、N三點中平衡常數K的大小關系是_______。

Answer 1

【答案】0.015 小于 33.3% d>c>b>a K(b)=K(M)>K(N)

【解析】

(1)根據v=計算v(NO)；由表中數據可知，2min平衡時活性炭變化量為2.03mol-2mol=0.03mol，平均1min消耗0.015molC(s)，但第一分鐘反應速率較第二分鐘快，故消耗0.015molC(s)時需要的時間小于1min；

(2)①反應在0～8min時，H2的變化物質的量為8mol-2mol=6mol，由CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可知，CO2變化物質的量為6mol×=2mol，則CO2的轉化率=；

②a、b、c、d均是在相同溫度下進行的，隨著反應的進行，生成物的濃度越來越大，則逆反應速率越來越快；根據圖知，改變條件I時，反應達到平衡時間縮短，說明化學反應速率加快，但是氫氣轉化率減小且初始氫氣物質的量不變，平衡逆向移動；改變條件II時，反應達到平衡時間縮短，說明化學反應速率加快，但是氫氣轉化率增大且初始氫氣物質的量不變，平衡正向移動；化學平衡常數只與溫度有關，該反應是放熱反應，升高溫度平衡常數減小。

(1)由表中數據可知，2min平衡時NO變化量為0.1mol-0.04mol=0.06mol，故v(NO)==0.015mol/(Lmin)；由表中數據可知，2min平衡時活性炭變化量為2.03mol-2mol=0.03mol，平均1min消耗0.015molC(s)，但第一分鐘反應速率較第二分鐘快，故消耗0.015molC(s)時需要的時間小于1min；

(2)①反應在0～8min時，H2的變化物質的量為8mol-2mol=6mol，由CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可知，CO2變化物質的量為6mol×=2mol，則CO2的轉化率===33.3%；

②a、b、c、d均是在相同溫度下進行的，隨著反應的進行，生成物的濃度越來越大，則逆反應速率越來越快，則a、b、c、d四點中逆反應速率大小關系為d>c>b>a；根據圖知，改變條件I時，反應達到平衡時間縮短，說明化學反應速率加快，但是氫氣轉化率減小且初始氫氣物質的量不變，平衡逆向移動，改變的體積是升高溫度；改變條件II時，反應達到平衡時間縮短，說明化學反應速率加快，但是氫氣轉化率增大且初始氫氣物質的量不變，平衡正向移動，改變的條件是增大壓強，該反應是放熱反應，升高溫度化學平衡常數減小，溫度不變化學平衡常數不變，則I高于原來溫度、II和原來溫度相同，則M、b、N三點中平衡常數K的大小關系是K(b)=K(M)>K(N)。