Question

火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會(huì)造成環(huán)境污染．對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行脫碳和脫硫等處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）脫碳：將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①取五份等體積的CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖Ⅰ所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H₃

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）

②如圖Ⅱ是在恒溫密閉容器中，壓強(qiáng)為P₁時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間t的變化曲線，請(qǐng)?jiān)谠搱D中畫出該反應(yīng)在P₂（P₂＞P₁）時(shí)的H₂體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間t的變化曲線

．
（2）在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化如圖Ⅲ所示．
試回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為

0.225mol/（L?min）

；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為

5.33

；（保留三個(gè)有效數(shù)字）第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)

變大

（填變大、減少、不變）．
（3）脫硫：某種脫硫工藝中將廢氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥．配制100ml一定物質(zhì)的量濃度的硫酸銨溶液所需玻璃儀器除燒杯、膠頭滴管外還需：

玻璃棒、100mL容量瓶

．

Answer 1

分析：（1）①、由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，升高平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
②、增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)降低，據(jù)此作圖；
（2）由圖可知，0～10min內(nèi)二氧化碳的濃度變化為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，根據(jù)c=

△c

△t

計(jì)算v（CO₂），再利用各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)；
第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)增大；
（3）配制100ml一定物質(zhì)的量濃度的硫酸銨溶液所需玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、100mL容量瓶、膠頭滴管．

解答：解：（1）①、由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，故答案為：＜；
②增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)降低，故在P₂（P₂＞P₁）時(shí)的H₂體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間t的變化曲線為：，故答案為：；
（2）由圖可知，10min時(shí)，反應(yīng)已經(jīng)達(dá)平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min內(nèi)，v（CO₂）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
開始CO₂的濃度為1mol/L，故容器的體積為

1mol

1mol/L

=1L，H₂的起始濃度為

3mol

1L

=3mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1        3         0         0
變化（mol/L）：0.75     2.25      0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75      0.75      0.75
故該溫度下平衡常數(shù)k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33；
第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)增大，
故答案為：0.225mol/（L?min）；5.33；變大；
（3）配制100ml一定物質(zhì)的量濃度的硫酸銨溶液所需玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、100mL容量瓶、膠頭滴管，故還需要的玻璃儀器為：玻璃棒、100mL容量瓶，
故答案為：玻璃棒、100mL容量瓶．

點(diǎn)評(píng)：本題以燃煤廢氣進(jìn)行脫碳和脫硫等處理為載體，考查化學(xué)平衡有關(guān)圖象、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素、溶液配制等，難度中等，培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，注意（1）①中圖象最高點(diǎn)起曲線上的各點(diǎn)都是平衡狀態(tài)．