Question

【題目】碳、氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用。請回答下列問題：

（1）汽車尾氣中的處理NO的方法也可用H2將NO還原為N2。

已知：

H2還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程是_______________________________。

（2）高爐煉鐵產(chǎn)生的高爐氣中含有CO、H2、CO2等氣體，利用CO和H2在催化劑作用下合成甲醇，是減少污染、節(jié)約能源的一種新舉措，反應(yīng)原理為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH。在體積不同的兩個恒容密閉容器中分別充入1molCO和2mol H2，測得平衡混合物中CH3OH 的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化如圖。

①上述合成甲醇的反應(yīng)是__________________（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，圖像中的壓強p1、p2的大小關(guān)系是_______________，判斷的理由是________________________。

②從上圖A、B、C三點中選填下表物理量對應(yīng)最大的點（用“A”、“B”或“C”填寫）。

反應(yīng)速率V	平衡常數(shù)K	平衡轉(zhuǎn)化率a
____________	_____________	_____________

③在300℃時，向C點平衡體系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25molCH3OH。該平衡_________（填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”）移動。

（3）有利于提高CO平衡轉(zhuǎn)化率的措施有_________________。

A.使用催化劑 B.投料比不變，增加CO的濃度

C.降低反應(yīng)溫度 D.通入He氣體使體系的壓強增大

（4）一定溫度下，CO的轉(zhuǎn)化率與起始投料比的變化關(guān)系如圖所示，測得D點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則x=__________________。

Answer 1

【答案】 2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H1= -665 kJmol-1 放熱 p1<p2 該正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，相同條件下增大壓強甲醇的體積分數(shù)增大； C AB A 向正反應(yīng)方向 C 3

【解析】(1)根據(jù)能量變化圖，則反應(yīng)斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應(yīng)共放出2797-2132=665kJ的熱量，熱化學方程式為2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)△H=-665 kJmol-1，故答案為：2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)△H=-665 kJmol-1；

(2)①根據(jù)圖像，升高溫度，CH3OH 的體積分數(shù)減少，平衡逆向移動，因此合成甲醇的反應(yīng)放熱反應(yīng)；該反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減少，增大壓強，平衡正向移動，CH3OH 的體積分數(shù)增大，因此圖像中的壓強p1＜p2，故答案為：放熱；p1<p2；該正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，相同條件下增大壓強甲醇的體積分數(shù)增大；

②壓強越大、溫度越高，化學反應(yīng)速率越快，壓強P2＞P1，溫度C點最高，所以反應(yīng)速率最快的是C點；化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，根據(jù)圖知，溫度越高，甲醇含量越低，說明平衡逆向移動，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，化學平衡常數(shù)越小，C點溫度高于A和B點且AB點溫度相同，所以化學平衡常數(shù)最大的是AB；甲醇的含量越大，則反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大，所以甲醇轉(zhuǎn)化率最大的是A點，故答案為：C；AB；A；

③C點甲醇的體積分數(shù)為50%，即甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)為50%，設(shè)反應(yīng)掉的n(CO)=xmol，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol) 1 2 0

反應(yīng)(mol) x 2x x

平衡(mol) 1-x 2(1-x) x

×100%=50%，x=0.75，設(shè)容器體積為1L，則平衡時c(CH3OH)=0.75mol/L、c(CO)=0.25mol/L、c(H2)=0.50mol/L，化學平衡常數(shù)K==12，向C點平衡體系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的 CH3OH，此時c(CH3OH)=1mol/L、c(CO)=0.50mol/L、c(H2)=1mol/L，濃度商==2＜K，則平衡正向移動，故答案為：向正反應(yīng)方向；

(3)A.使用催化劑，平衡不移動，CO平衡轉(zhuǎn)化率不變，錯誤；B.投料比不變，增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率降低，錯誤；C.降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，正確；D.通入He氣體使體系的壓強增大，反應(yīng)物和生成物的濃度不變，平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變，錯誤；故選C；

(4)設(shè)n(H2)=amol、n(CO)=bmol，氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%、CO的轉(zhuǎn)化率為60%，根據(jù)方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH知，參加反應(yīng)的n(CO)為參加反應(yīng)的n(H2)的一半，所以40%×amol=2bmol×60%， ==x=3，故答案為：3。