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1、化学平衡常数 化学反响进行的方向改革开放以来，我国的经济开展取得了辉煌成绩，人民生活水平不断提高，从七十年出行根本靠走到如今私家车进入千家万户，家庭出行交通工具发生了质的飞跃。汽车走进寻常百姓家，给人们的生活带来便利，车水马龙的车流让马路变得热闹。但是汽车保有量的增多也给我们的环境带来了严重的问题，尾气中的主要污染物有CxHy、NOx、CO、SO2及固体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反响，可以为更好地治理汽车尾气提供技术支持。问题1：在T1、T2温度下，一定量的NO发生分解反响时N2的体积分数随时间变化如下图，根据图象判断反响N2(g)+O2(g)2NO(g)是放热反响还是吸热反响。(
2、素养角度变化观念与平衡思想)提示：由温度高时反响速率快，到达平衡的时间短，判断T2T1，由图象可知，温度高时，N2的体积分数小，即升高温度会使平衡正向移动，那么该反响的正反响为吸热反响，H0。问题2：利用反响6NO2(g)+8NH3(g)7N2(g)+12H2O(g)可处理NO2。该反响平衡常数(K)与温度(T)的关系如下图。写出此反响的平衡常数表达式，并判断此反响H的符号。(素养角度证据推理与模型认知)提示：根据反响的化学方程式可写出化学平衡常数K=；由图示知升高温度平衡常数减小，因此此反响为放热反响，H0B.压强p1p2C.升高温度，该反响的平衡常数增大D.将体系中O2别离出去，能提高Fe
3、3O4的转化率【解析】选B。根据图象分析，压强一定，温度升高，Fe3O4的平衡转化率升高，该反响为吸热反响，H0，即a0，A项正确；温度一定时，压强增大，平衡逆向移动，Fe3O4的平衡转化率降低，故p1p2，B项不正确；升高温度，平衡正移，反响的平衡常数增大，C项正确；将体系中O2别离出去，平衡正向移动，能提高Fe3O4的转化率，D项正确。2.(1)工业生成铝一般采用电解铝土矿的方法。还可以用真空碳热复原-氯化法，其相关反响的热化学方程式如下：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)3AlCl(g)+3CO(g)H=a kJmol-12Al(l)+AlCl3(g)3AlCl(g)H=b
4、kJmol-1反响Al2O3(s)+3C(s)2Al(l)+3CO(g)的H=_kJmol-1(用含a、b的代数式表示)。(2)高炉炼铁过程中发生的主要反响：Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)，该反响在不同温度下的平衡常数如下表，温度/1 0001 1501 300平衡常数4.03.73.5该反响的H_0。其他条件不变，向平衡体系充入CO2气体，K值_(填“变大“不变或“变小)。(3)1 000 时，FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)。现在一密闭容器中，参加7.2 g Fe，同时通入4.48 L CO2(已折合为标准状况)，将其升温到1 000 ，并维持温度不变
5、，达平衡时，固体质量增加2.4 g，此时CO2的转化率为_，该反响的平衡常数K=_(用分数表示)。【解析】(1)根据盖斯定律，将两个热化学方程式相减即得。(2)温度高平衡常数小，平衡左移，说明正反响是放热反响，H0。K值只与温度有关。(3)根据方程式FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)知固体质量增加说明反响向左进行，固体增加的质量就是增加的氧原子的质量，即2.4 g氧原子就是0.15 mol。由于该反响气体体积不变，那么物质的量浓度之比等于物质的量之比。假设容积是1 L，那么有FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)起始物质的量/mol 00.2变化物质的量/mol 0.1
6、50.15平衡物质的量/mol 0.15 0.05CO2的转化率为100%=75%。K= =。答案：(1)(a-b)(2)或“0；上图中交点M表示某温度时，反响、的lnKp的值相等，即平衡常数相等，因反响、的反响原理不同，无法表达乙醇的转化率是否相等和反响、的速率是否相等，故答案为b；(2)：.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=a kJmol-1，.2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)H=b kJmol-1，根据盖斯定律，2+可得反响 2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g)，那么H=(a kJmol-1)2+(b kJmol-1)=(2a+b)kJmol
7、-1；在容积为1 L的密闭容器中，投入2 mol CO和4 mol H2，10 min后，测得c(CO)=1.2 molL-1，v(CO)=0.08 molL-1min-1，那么v(H2)=v(CO)=0.08 molL-1min-12=0.16 molL-1min-1。答案：(1)b(2)2a+b0.16【加固训练】1.电石(主要成分为CaC2)是重要的根本化工原料，主要用于产生乙炔气。2 000 时，电石生产原理如下：CaO(s)+C(s)Ca(g)+CO(g)H1=a kJmol-1平衡常数K1Ca(g)+2C(s)CaC2(s)H2=b kJmol-1平衡常数K2以下说法不正确的选项是
8、()A.反响K1=c(Ca)c(CO)B.反响Ca(g)+C(s)CaC2(s)平衡常数K=C.2 000 时增大压强，K1减小，K2增大D.反响2CaO(s)+CaC2(s)3Ca(g)+2CO(g)H=(2a-b) kJmol-1【解析】选C。A项，由CaO(s)+C(s)Ca(g)+CO(g)可知，K1=c(Ca)c(CO)，故A项正确；B项，Ca(g)+2C(s)CaC2(s)与Ca(g)+C(s)CaC2(s)的化学计量数为倍数关系，而K为指数关系，那么反响Ca(g)+C(s)CaC2(s)平衡常数K=，故B项正确；C项，K与温度有关，那么2 000 时增大压强，K1、K2均不变，故
9、C项错误；D项，由CaO(s)+C(s)Ca(g)+CO(g)、Ca(g)+2C(s)CaC2(s)，结合盖斯定律可知2-得到2CaO(s)+CaC2(s)3Ca(g)+2CO(g)，其H=(2a-b) kJmol-1，故D项正确。2.二氧化碳是一种无色无味的气体，一般不燃烧也不支持燃烧，常被用作灭火剂。固态二氧化碳俗称干冰，升华时可吸收大量热，因而用作制冷剂，如人工降雨，也常在舞台中用于制造烟雾。二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。(1)用钇的配合物作催化剂，一定条件可直接光催化分解CO2，发生反响：2CO2(g)2CO(g)+O2(g)，该反响的H_0，S_0(填“0，因
10、气体的物质的量增多，所以S0。G=H-TS不能(2)ab3.醇烃化新技术是用甲醇化、烃化(或甲烷化)反响的方法来净化精制合成氨原料气，使合成氨原料气中的CO、CO2总量小于10 ppm，并联产甲醇。它与传统工艺相比，具有流程短、精制度高，操作稳定可靠，节约能耗、物耗，经济效益显著等优点。其中除去CO的原理如下：甲醇化：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1-116 kJmol-1甲烷化：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)H2-203 kJmol-1(1)以下措施有利于提高醇烃化过程CO转化率的是_。A.及时别离出CH3OH B.适当升高反响温度C.使用高效的催化剂D.适当
11、增大压强(2)甲醇化平衡常数K=表示，为平衡组分中各物质的物质的量分数。假设CO与H2混合原料气中CO的体积分数为1%，经甲醇化后CO的平衡转化率为w，那么K=_(用含w的表达式来表示)。(3)测试a、b两种催化剂在不同压强与温度条件下，甲醇化过程中催化效率如图：从上图可知选择哪种催化剂较好_(填a或b)，理由是_。(4)以下关于醇烃化过程说法正确的选项是_。A.甲醇化与甲烷化过程在任何条件下均为自发反响B.选择不同的催化剂可以控制醇烃化过程中生成甲醇与甲烷的百分含量C.当温度与反响容器体积一定时，在原料气中参加少量的惰性气体，有利于提高平衡转化率与甲醇的产率D.适当增大混合气体中H2的百分含
12、量，有利于提高醇烃化过程CO平衡转化率【解析】(1)及时别离出CH3OH，平衡正方向移动，CO转化率增大，故A正确；反响为放热反响，升高反响温度，有利于反响逆向进行，CO转化率减小，故B错误；使用高效的催化剂，催化剂不影响化学平衡，故C错误；反响为气体体积减小的反响，适当增大压强，有利于反响正向进行，CO转化率增大，故D正确。(2)CO与H2混合原料气中CO的体积分数为1%，设参与反响的CO为1 mol，那么H2为99 mol，经甲醇化后CO的平衡转化率为w，列三段式：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)起始n：1990转化n：w2ww平衡n：1-w99-2ww根据=，K=。(3)由图可知，b催化剂到达较高催化效率时的压强小，到达较高催化效率温度低且受温度影响小，应选择b催化剂。(4)甲醇化与甲烷化过程的H0，S0，温度较低时，G=H-TS0，反响能自发进行，故A错误；选择不同的催化剂可以控制醇烃化过程中生成甲醇与甲烷的百分含量，故B正确；当温度与反响容器体积一定时，在原料气中参加少量的惰性气体，化学反响速率不变，平衡不移动，平衡转化率与甲醇的产率不变，故C错误；适当增大混合气体中H2的百分含量，平衡正方向移动，有利于提高醇烃化过程CO平衡转化率，故D正确。答案：(1)AD(2)(3)b到达较高催化效率时的压强小，到达较高催化效率温度低且受温度影响小(4)BD- 7 -