Question

【題目】運用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對緩解環(huán)境污染、能源危機具有重要意義。

（1）已知反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-99kJ·mol-1中的相關(guān)化學(xué)鍵能如下：

則x=______________________。

（2）甲醇作為一種重要的化工原料，既可以作為燃料，還可用于合成其它化工原料。在一定條件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)原理可表示為：CH3OH(g) ＋CO(g) HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ·mol-1。向體積為2L的密閉容器中充入2mol CH3OH(g) 和2mol CO，測得容器內(nèi)的壓強(p：kPa)隨時間(min)的變化關(guān)系如下圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改變的反應(yīng)條件是____________________。

②反應(yīng)Ⅰ在5min時達到平衡，在此條件下從反應(yīng)開始到達到平衡時速率v(HCOOCH3)=__________。

③反應(yīng)Ⅱ在2min時達到平衡，平衡常數(shù)K(Ⅱ) =__________。在體積和溫度不變的條件下，在上述反應(yīng)達到平衡Ⅱ時，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH3后v(正)_____v(逆)（填“﹥”“﹤”“﹦”），原因是_________________。

④比較反應(yīng)Ⅰ的溫度(T1)和反應(yīng)Ⅲ的溫度(T3)的高低：T1______T3（填“﹥”“﹤”“﹦”），判斷的理由是________________。

（3）超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2。某研究小組在實驗室用某新型催化劑對CO、NO催化轉(zhuǎn)化進行研究，測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度、CO混存量的變化情況如下圖所示，利用以下反應(yīng)填空：

2NO+2CO N2+ 2CO2（有CO） 2NO N2+ O2（無CO）

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為____________________。

②在n（NO）/n（CO）=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在___左右．

A.670K B.770K C.870K D.970K．

Answer 1

【答案】 1076 Ⅱ中使用催化劑 0.10 mol·L-1·min-1 2 L·mol-1 ﹤ 濃度商Qc=1.5/(0.5×1)=3﹥2=K 反應(yīng)向逆方向進行，故v(正) ﹤v(逆) ﹥ 此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫，平衡向正向進行（或反應(yīng)Ⅰ達平衡時所需的時間比反應(yīng)Ⅲ達平衡時所需的時間短，反應(yīng)速率快，故T1溫度更高） 此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進行 C（或850~900之間都可以）

【解析】（1）ΔH=反應(yīng)物的鍵能總和 - 生成物的鍵能總和，則ΔH=x+2436 kJ·mol-1-3413 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99kJ·mol-1，則x=1076。

（2）①由CH3OH(g) ＋CO(g) HCOOCH3(g)可知，該反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)不同。由圖像可知，Ⅱ和Ⅰ相比，其平衡狀態(tài)的壓強相同，說明這兩個平衡是在相同溫度下建立的，但建立平衡所用的時間不同，說明反應(yīng)速率不同，所以改變的反應(yīng)條件是：Ⅱ中使用催化劑。

②向體積為2L的密閉容器中充入2mol CH3OH(g) 和2mol CO，反應(yīng)Ⅰ在5min時達到平衡，在此條件下CH3OH(g) ＋CO(g) HCOOCH3(g)從反應(yīng)開始到達到平衡時，由圖可知，反應(yīng)前后的壓強之比為4:3。在同溫同體積條件下，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，所以平衡時混合氣體的總物質(zhì)的量為3mol，氣體的總變化量為1mol，由反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，HCOOCH3的平衡量等于氣體的總變化量，即n(HCOOCH3)= 1 mol。因此，速率v(HCOOCH3)= = 0.10 mol·L-1·min-1。

③化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，可以由平衡I的數(shù)據(jù)計算K(II)，平衡I體系中各組分的平衡濃度均為0.5mol/L。在相同溫度下，反應(yīng)Ⅱ在2min時達到平衡，平衡常數(shù)K(Ⅱ) = K(I)= 2 L·mol-1。在體積和溫度不變的條件下，在上述反應(yīng)達到平衡Ⅱ時，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH3后v(正) ﹤v(逆)，原因是：由濃度商Qc=1.5/(0.51)=3﹥2=K 可知，反應(yīng)向逆方向進行，故v(正) ﹤v(逆)。

④反應(yīng)Ⅰ的溫度(T1)和反應(yīng)Ⅲ的溫度(T3)相比，T1﹥T3，判斷的理由是：此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫可以使平衡向正反應(yīng)方向移動，容器內(nèi)氣體的壓強減�。ɑ蚍磻�(yīng)Ⅰ達平衡時所需的時間比反應(yīng)Ⅲ達平衡時所需的時間短，反應(yīng)速率快，故T1溫度更高）。

（3）①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為：此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進行。

②在n（NO）/n（CO）=1的條件下，由圖可知，在870K左右，NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率達到最高，故應(yīng)控制的最佳溫度在870K左右，選C（或850~900之間都可以）．