Question

【題目】焦炭是重要的工業(yè)原材料。

(1)已知在一定溫度下，C(s)+CO2(g) 2CO(g) 平衡常數(shù)K1；C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 平衡常數(shù)K2 ；CO(g)+H2O（g) H2(g)+CO2(g) 平衡常數(shù)K。則K、K1、K2,之間的關(guān)系是__________。

(2)用焦炭還原NO的反應(yīng)為：2NO(g)+ C(s)N2(g) + CO2(g) ΔH，向容積均為1L的甲、乙、丙三個恒溫（反應(yīng)溫度分別為400℃、T ℃、400℃）容器中分別加入足量的焦炭和一定量的NO，測得各容器中n(NO)隨反應(yīng)時間t的變化情況如下表所示：

t/min	0	40	80	120	160
n(NO)（甲容器）/mol	2.00	1.50	1.10	0.80	0.80
n(NO)（乙容器）/mol	2.00	1.45	1.00	1.00	1.00
n(NO)（丙容器）/mol	1.00	0.80	0.65	0.53	0.45

①甲容器中，0～40 min內(nèi)用NO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(NO)=_____________ ；

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為__________________；400℃，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______；

③乙容器的反應(yīng)溫度T____400 ℃（填“>”“<”或“=”）

④丙容器達(dá)到平衡時，NO的轉(zhuǎn)化率為___________；平衡時CO2的濃度為________。

⑤在恒容密閉容器中加入焦炭并充入NO氣體，下列圖像正確且能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___。

Answer 1

【答案】K=K2/K1 0.0125molL-1min-1 c(N2)c(CO2)/c(NO)2 0.5625 > 60% 0.3mol·L-1 A

【解析】

（1）根據(jù)三個反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式可判斷平衡常數(shù)之間的關(guān)系；

（2）①根據(jù)數(shù)據(jù)，計算0～40 min內(nèi)用NO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率；

②依據(jù)反應(yīng)式2NO(g)+ C(s)N2(g) + CO2(g)，平衡常數(shù)表達(dá)式為c(N2)c(CO2)/c(NO)2；

列出三行式，求該反應(yīng)的平衡常數(shù)為；

③根據(jù)數(shù)據(jù)，在400℃時，甲丙容器，丙的充入量為甲的一半，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在各個時間段內(nèi)NO的濃度比甲的一半還要大，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。再比較甲和乙，開始充入量相同，乙容器達(dá)到平衡時間短，反應(yīng)快，且平衡時NO含量乙比甲多，說明溫度比甲容器的高，升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以乙容器的反應(yīng)溫度T>400 ℃,

④由反應(yīng)式2NO(g)+ C(s)N2(g) +CO2(g)可知，

該反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)不能使平衡發(fā)生移動，甲丙兩容器建立等溫等容條件下的等效平衡，NO的轉(zhuǎn)化率和甲容器平衡時轉(zhuǎn)化率相同；平衡時CO2的濃度為甲容器的一半。

⑤可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的物理量不變，以此分析。

（1）反應(yīng)C(s)+CO2(g) 2CO(g)中K1=，

反應(yīng)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)中K2=，

反應(yīng)CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）中K=，所以K= K=K2/K1，
故答案為：K=K2/K1；

（2）①根據(jù)數(shù)據(jù)，甲容器中，0～40 min內(nèi)用NO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(NO)==0.0125molL-1min-1；

故答案為：0.0125molL-1min-1。

②依據(jù)反應(yīng)式2NO(g)+ C(s)N2(g) + CO2(g)，平衡常數(shù)表達(dá)式為c(N2)c(CO2)/c(NO)2；400℃，甲容器120min時達(dá)到平衡，

2NO(g)+ C(s)N2(g) + CO2(g)

起始量(mol) 2.00 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol) 1.20 0.60 0.60

平衡量(mol) 0.80 0.60 0.60

則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為=0.5625；

故答案為：0.5625。

③根據(jù)數(shù)據(jù)，在400℃時，甲丙容器，丙的充入量為甲的一半，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在各個時間段內(nèi)NO的濃度比甲的一半還要大，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。再比較甲和乙，開始充入量相同，乙容器達(dá)到平衡時間短，反應(yīng)快，且平衡時NO含量乙比甲多，說明溫度比甲容器的高，升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以乙容器的反應(yīng)溫度T>400 ℃,

故答案為：>。

④由反應(yīng)式2NO(g)+ C(s)N2(g) +CO2(g)可知，

該反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)不能使平衡發(fā)生移動，甲丙兩容器建立等溫等容條件下的等效平衡，NO的轉(zhuǎn)化率和甲容器平衡時轉(zhuǎn)化率相同，為100%=60%；平衡時CO2的濃度為甲容器的一半，為=0.3mol/L。

故答案為：60% ；0.3mol·L-1。

⑤可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的物理量不變，

A.N2的百分含量不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A選；

B.焓變對于確定的反應(yīng)是恒定量，不能作為達(dá)到平衡的標(biāo)志，故B不選；

C. 根據(jù)反應(yīng)式2NO(g)+ C(s)N2(g) + CO2(g)，平均摩爾質(zhì)量M=，氣體總物質(zhì)的量不變，氣體質(zhì)量增加，所以氣體平均摩爾質(zhì)量應(yīng)增大。故C不選；

D．CO2的濃度開始應(yīng)為0，后來增加，故圖像不正確，故D不選。

故答案為：A。