Question

2013年9月以来，我国很多地区再大面积出现雾霾，特别是华中华北尤其严重，汽车尾气、燃煤废气和冬季取暖排放的CO₂等都是形成雾霾的原因。

Ⅰ．用于净化汽车尾气的反应为：2NO（g）+2CO（g） 2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0，在一定温度下，如图在一体积固定的密闭容器中充入一定量的NO和CO，在t₁时刻达到平衡状态。

（1）能判断该反应达到平衡状态的标志是_______。

A．在单位时间内生成1mol CO₂的同时消耗了1mol CO

B．混合气体的密度不再改变

C．混合气体的平均相对分子质量不再改变

D．混合气体的压强不再变化

（2）在t₂时刻将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，在其他条件不变的情况下，t₃时刻达到新的平衡状态，之后不再改变条件．请在图中补充画出从t₂到t₄时刻正反应速率随时间的变化曲线：___________

Ⅱ．使用石油热裂解的副产物CH₄来制取H₂，其生产流程如图1所示：

     

（3）此流程的第Ⅰ步反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g),一定条件下CH₄的平均转化率与温度、压强的关系如图2所示，则P₁_____P₂(填“>”、“<”或“=”),100℃时，将1molCH₄(g)和2molH₂O(g)通入容积为100L的恒容的密闭容器中，达到平衡时CH₄的转化率为0.5。此时该反应的平衡常数K____________ (写出完整的计算过程)

（4）此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化情况如下表

温度/℃	400	500	830
平衡常数K	10	9	1
温度/℃	400	500	830
平衡常数K	10	9	1

从表上可以推断该反应是___________（填“吸热”或“放热”）反应，若反应在500℃时进行，设CO(g)和H₂O(g)的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下，反应达到平衡时，CO的转化率为________；

（5）图3表示反应Ⅱ在t₁时达到平衡，在t₂时因改变某个条件引起浓度变化的情况，图中t₂时改变的条件是降低温度或________________（写一种）

Answer

CD < 2.25×10-4 放热 75% 增加水蒸汽、或减少氢气的量

【解析】Ⅰ．(1)A．在单位时间内生成1mol CO2是正反应，同时消耗了1mol CO也是正反应，故A错误；B．密度=，总质量不变，体积也不变，故混合气体的密度始终不变，不能作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故B错误；C．平均分子量=，总质量不变，总物质的量发生变化，故混合气体的平均相对分子质量不再改变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故C正确；D．反应前后气体的物质的量不等，故混合气体的压强不再变化可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故D正确；故答案为：CD；

(2)在t2时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，则正逆反应速率均减小，但平衡向逆反应方向移动，所以正确的图象应该是，故答案为：；

Ⅱ．(3)由图可知温度相同，到达平衡时，压强为P1的CH4转化率高，说明平衡向正反应方向移动。该反应为气体体积增大的反应，要使平衡向正反应方向移动，需要减小压强，因此P1＜P2；100℃时，将1mol CH4和2mol H2O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH4的转化率为0.5，

                  CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)

起始量(mol/L)    0.01         0.02       0      0

变化量(mol/L)   0.005       0.005      0.005   0.015

平衡量(mol/L)   0.005      0.015       0.005   0.015

平衡常数K===2.25×10-4(mol/L)2；故答案为：＜；2.25×10-4；

(4)分析图表数据可知平衡常数随温度升高而减小，说明升高温度，平衡逆向移动，正反应是放热反应；若在500℃时进行，平衡常数为9，假设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，一氧化碳消耗物质的量浓度为x，

              CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)，

起始量(mol) 0.02     0.02       0        0

变化量(mol)  x         x       x         x

平衡量(mmol)0.02-x   0.02-x     x        x

K==9，x=0.015mol/L，CO的转化率=×100%=75%，故答案为：75%；

(5)根据上述分析，CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)，反应是气体体积不变的放热反应，在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，说明平衡正向移动，可以降低温度，或增加水蒸气的量或减少氢气的量等，均可以实现平衡正向移动，故答案为：增加水蒸汽的量或减少氢气的量。