Question

【題目】研究氮、硫、碳及其化合物的轉(zhuǎn)化對(duì)于環(huán)境的改善有重大意義，可減少如霧霾天氣、酸雨、酸霧等環(huán)境污染問(wèn)題。

（1）在一定條件下，CH4可與NOx反應(yīng)除去NOx，已知有下列熱化學(xué)方程式：

①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1

②N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1

則CH4(g)＋2NO2(g)CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g)△H＝____kJ·mol-1；

（2）SO2經(jīng)過(guò)凈化后與空氣混合進(jìn)行催化氧化可制取硫酸，其中SO2發(fā)生催化氧化的反應(yīng)為：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。在一定溫度和壓強(qiáng)下，往一密閉容器通入SO2和O2 [其中n(SO2)：n(O2)= 2:1]，測(cè)得容器內(nèi)總壓強(qiáng)在不同溫度下與反應(yīng)時(shí)間如圖1所示。

① 圖1中C點(diǎn)時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率為_______。

② 圖1中B點(diǎn)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=_______。(Kp=壓強(qiáng)平衡常數(shù)，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))

（3）已知4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-1800 kJ·mol-1，將2 mol NH3、3 mol NO的混合氣體分別置于a、b、c三個(gè)10 L恒容密閉容器中，使反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程中c(N2)隨時(shí)間的變化如圖2所示。

①與容器a中的反應(yīng)相比，容器b中的反應(yīng)改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是_______，判斷的依據(jù)是______________________________________。

②一定溫度下，下列能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是____

A．H2O(g)與NO的生成速率相等 B．混合氣體的密度保持不變

C．ΔH保持不變 D．容器的總壓強(qiáng)保持不變

（4）利用人工光合作用，借助太陽(yáng)能使CO2和H2O轉(zhuǎn)化為HCOOH，如圖3所示，在催化劑b表面發(fā)生的電極反應(yīng)為：_____________________________________。

Answer 1

【答案】 -875.3 66% 24300 升高溫度 容器b中反應(yīng)達(dá)到平衡所需時(shí)間比容器a短，且平衡時(shí)c(N2)也比容器a小，平衡逆向移動(dòng) AD CO2+2H++2e-=HCOOH

【解析】（1）已知：①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1

②N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律①-②-③×2可得：CH4(g)＋2NO2(g)CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g) △H=（-890.3kJmol-1）-（67.0kJmol-1）-（-41.0kJmol-1）×2=-875.3kJmol-1；

（2）①依據(jù)化學(xué)三行列式計(jì)算，設(shè)氧氣消耗物質(zhì)的量為x，

2SO2（g）+O2（g）2SO3

起始量（mol） 2a a 0

變化量（mol） 2x x 2x

平衡量（mol）2a﹣2x a﹣x 2x

圖中A點(diǎn)時(shí)，氣體物質(zhì)的量0.078，則=，x=0.66a，SO2的轉(zhuǎn)化率=×100%=66%；②圖中B點(diǎn)，依據(jù)化學(xué)三行列式計(jì)算，設(shè)氧氣消耗物質(zhì)的量為y，

2SO2（g）+O2（g）2SO3

起始量（mol） 2a a 0

變化量（mol） 2y y 2y

平衡量（mol）2a﹣2y a﹣y 2y

B點(diǎn)氣體物質(zhì)的量為 0.007，則=，y=0.9a，

平衡常數(shù)K==24300（MPa）﹣1；

（3）①容器b中反應(yīng)達(dá)到平衡所需時(shí)間比容器a短，且平衡時(shí)c(N2)也比容器a小，平衡逆向移動(dòng)，故與容器a中的反應(yīng)相比，容器b中的反應(yīng)改變的實(shí)驗(yàn)條件可能升高溫度；②A．H2O(g)與NO的生成速率相等，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；B．反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行且參與反應(yīng)的氣體總質(zhì)量不變，則混合氣體的密度始終保持不變，混合氣體的密度保持不變不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)；C．ΔH與化學(xué)方程式中各物質(zhì)系數(shù)、狀態(tài)、反應(yīng)時(shí)溫度有關(guān)，可逆反應(yīng)的焓變是完全反應(yīng)時(shí)的焓變，所以不能證明反應(yīng)過(guò)平衡；D．反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，當(dāng)容器的總壓強(qiáng)保持不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；答案選AD；（4）由圖示知，電子由催化劑a表面流向催化劑b表面，說(shuō)明催化劑a為負(fù)極，催化劑b為正極，二氧化碳在催化劑b表面發(fā)生還原反應(yīng)結(jié)合H＋生成HCOOH，電極反應(yīng)為CO2+2H++2e-=HCOOH。