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【题目】冬季是雾霾天气高发的季节,其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的原因之一。

(1)使用甲醇汽油可以减少汽车尾气对环境的污染。工业上在200℃和10MPa的条件下可用甲烷和氧气通过铜制管道反应制得甲醇,已知一定条件下,CH4和CH3OH的燃烧热分别784kJ/mol和628kJ/mol则2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H=___。

(2)二甲醚也是清洁能源。用合成气在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g) +H2O(g) △H<0。

①某温度下,将2.0molCO(g)和6.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,改变压强和温度,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如图所示,关于温度和压强的关系判断正确的是____。

A.P3>P2,T3>T2

B.P1>P3,T1>T3

C.P1>P4,T2>T3

D.P2>P4,T4>T2

②在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入一氧化碳和氢 气,一定条件下反应达到平衡状态.当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是___。

A.氢气的转化率减小 B.逆反应速率先增大后减小

C.化学平衡常数K值增大 D.反应物的体积百分含量增大

(3)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g) +N2(g)

①200K、pPa时,在一个容积为2L的恒温密闭容器中充入1.5molNO和2.0molCO,开始反应至2min时测得CO转化率为30%,则用N2表示的平均反应速率为υ(N2)=___;反应达到平衡状态时,测得二氧化碳为0.8mol,则平衡时的压强为起始压强的__倍(保留两位小数)。

②该反应在低温下能自发进行,该反应的ΔH__0(填“>”、“<”)

③在某一绝热、恒容的密闭容器中充入一定量的NO、CO发生上述反应,测得正反应的速率随时间变化的曲线如图所示(已知:t2-t1=t3-t2)则下列说法不正确的是__(填编号)

A.反应在c点未达到平衡状态

B.反应速率a点小于b点

C.反应物浓度a点大于b点

D.NO的转化率:t1~t2 > t2~t3

【答案】-312kJ/mol BC BD 0.075mol/(L·min) 0.89 < D

【解析】

(1)已知一定条件下,CH4和CH3OH的燃烧热分别784kJ/mol和628kJ/mol,即①CH4(g)+ 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-784kJ/mol,②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H2=-628kJ/mol,根据盖斯定律:①×2-②×2可得,2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H= -312kJ/mol;

(2)①通过图示可知,温度越高二甲醚的质量分数越小;正反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,二甲醚的质量分数增大;

②A.增大反应物浓度,平衡正向移动,正反应速率先增大后减小;

B.逆反应速率先增大后减小,说明平衡逆向移动;

C.化学平衡常数K值增大,说明平衡正向移动;

D.反应物的体积百分含量增大,说明平衡逆向移动;

(3)①根据CO转化率计算消耗CO物质的量,根据v=计算v(CO),再根据速率之比等于化学计量数之比计算v(N2);由题目信息可知,

利用三段式:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g) +N2(g)

起始(mol) 1.5mol 2.0mol 0 0

变化(mol) 0.8mol 0.8mol 0.8mol 0.4mol

平衡(mol) 0.7mol 1.2mol 0.8mol 0.4mol

根据物质的量之比=压强之比可得,平衡时的压强:起始压强=平衡时的物质的量:初始物质的量;

②正反应为气体物质的量减小的反应,为熵减反应,而△H-T△S<0反应自发进行;

③从t4时刻正反应速率不变,处于平衡状态,t4时刻前未到达平衡,反应向正反应进行,由②中可知为反应热反应,绝热条件下,随反应进行温度升高,温度起主导作用,反应速率加快,而后浓度为主导因素,反应速率减低至平衡状态;

(1)已知一定条件下,CH4和CH3OH的燃烧热分别784kJ/mol和628kJ/mol,即①CH4(g)+ 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-784kJ/mol,②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H2=-628kJ/mol,根据盖斯定律:①×2-②×2可得,2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H= -312kJ/mol,

故答案为:-312kJ/mol;

(2)①2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g) +H2O(g) △H<0,正反应放热,由图示可知温度越高二甲醚的质量分数越小,故温度:T1>T2>T3>T4;正反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,二甲醚的质量分数增大,故压强P1>P2>P3>P4,

故答案为:BC;

②A.增大反应物浓度,平衡正向移动,正反应速率先增大后减小,不一定逆向移动,故A错误;

B.逆反应速率先增大后减小,说明平衡逆向移动,故B正确;

C.化学平衡常数K值增大,说明平衡正向移动,故C错误;

D.反应物的体积百分含量增大,说明平衡逆向移动,故D正确;

故答案选BD;

(3)①消耗CO物质的量为2.0mol×30%=0.6mol,v(CO)==0.15mol/(L·min),速率之比等于化学计量数之比,则v(N2)=v(CO)=×0.15mol/(L·min)=0.075 mol/(L·min);

利用三段式:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g) +N2(g)

起始(mol) 1.5mol 2.0mol 0 0

变化(mol) 0.8mol 0.8mol 0.8mol 0.4mol

平衡(mol) 0.7mol 1.2mol 0.8mol 0.4mol

根据物质的量之比=压强之比可得,平衡时的压强:起始压强=平衡时的物质的量:初始物质的量== 0.89,则平衡时的压强为起始压强的0.89倍,

故答案为:0.075 mol/(L·min);0.89;

②正反应为气体物质的量减小的反应,为熵减反应,△S<0,而△H-T△S<0反应自发进行,该反应在低温下能自发进行,该反应的△H<0,

故答案为:<;

③从t4时刻正反应速率不变,处于平衡状态,t4时刻前未到达平衡,反应向正反应进行,由②中可知为反应热反应,绝热条件下,随反应进行温度升高,温度起主导作用,反应速率加快,而后浓度为主导因素,反应速率减低至平衡状态;

A.反应在c点未达到平衡状态,故A正确;

B.由图可知,反应速率a点小于b点,故B正确;

C.反应物浓度a点大于b点,故C正确;

D.NO的转化率:t1~t2<t2~t3,故D错误,

故答案选D。

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温度/℃

700

800

830

1 000

1 200

平衡常数

1.7

1.1

1.0

0.6

0.4

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B. 830 ℃达平衡时,X的转化率为80%

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