Question

2013年以來，全國很多地區都曾陷入嚴重的霧霾和污染天氣中，冬季取暖排放的CO₂、汽車尾氣等都是形成霧霾的因素。
（1）已知：① N₂(g) + O₂(g)＝2NO(g)  △H＝+179．5 kJ/mol
②2NO(g) + O₂(g)＝2NO₂(g)    △H＝－112．3 kJ/mol 
③2NO(g) +2CO(g)＝N₂(g) +2CO₂(g)    △H＝－759．8 kJ/mol
下圖是在101kPa，298K條件下1mol NO₂和1mol CO反應生成1mol CO₂和1mol NO過程中能量變化的示意圖。則a＝       。

（2）將不同物質的量的H₂O（g）和CO分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應：
H_2­­­O(g)+CO(g)CO­₂(g)+H_2­­­(g)，得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		H2O	CO	CO	H2
1	650	2	4	2．4	1．6	5
2	900	1	2	1．6	0．4	3
3	900	a	b	c	d	t

 
①實驗組1中以v(CO₂)表示的反應速率為          ，此溫度下的平衡常數為         ，溫度升高時平衡常數會         （填“增大”、“減小”或“不變”）。
②650℃時，若在此容器中開始充入2mol H_2­­­O（g）、 1mol CO、 1 mol CO­₂和 x molH₂，若要使反應在開始時正向進行，則x應滿足的條件是          。
③若a=2,b=1，則達平衡時實驗組2中H_2­­­O（g）和實驗組3中CO的轉化率的關系為α₂ (H₂O)   α₃ (CO)（填“＜”、“＞”或“＝”)。

Answer 1

（14分）（1）368（3分）（2）①0．16mol/(L·min) （2分）  8/3或2．67 （2分）減少 （2分） ②0≤x＜16/3 （3分）   ③ ＝（2分）

試題分析：（1）抑制① N₂(g) + O₂(g)＝2NO(g)  △H＝+179．5 kJ/mol、②2NO(g) + O₂(g)＝2NO₂(g)    △H＝－112．3 kJ/mol、③2NO(g) +2CO(g)＝N₂(g) +2CO₂(g)    △H＝－759．8 kJ/mol，則根據蓋斯定律可知（①－②＋③）÷2即得到反應NO₂(g)＋CO(g)＝NO(g) +CO₂(g)    △H＝－234kJ/mol。則根據圖像可知134kJ/mol－a kJ/mol＝－234kJ/mol，解得a＝368。
（2）①根據表中數據可知平衡時生成氫氣的物質的量是1．6mol，則根據方程式可知消耗CO₂的物質的量是1．6mol，其濃度是0．8mol/L，則CO₂表示的反應速率為0．8mol/L÷5min＝0．16mol/(L·min)。
②      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
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，因此平衡常數減��；
②若要使反應在開始時正向進行，則＜2．67，解得x＜16/3，因此x的取值范圍是0≤x＜16/3。
②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a＝2，b＝1，則
H₂O（g）+CO（g）CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   1         0．5             0          0
轉化濃度  x        x             x       x
平衡濃度 1－x     0．5－x           x       x
則＝0．17
解得x＝0．2
所以在這兩種情況下實驗組2中H_2­­­O（g）和實驗組3中CO的轉化率均是×100%＝40%。