Question

【題目】(1)在一定條件下：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，在兩個(gè)均為2L的密閉容器中以不同的氫碳比[n(H2O)/n(CO)]充入H2O(g)和CO，CO的平衡轉(zhuǎn)化率α(CO)與溫度的關(guān)系如下圖所示。

①R點(diǎn)平衡常數(shù)K=__________________。

②氫碳比X_________2.0(填“>”或“<”或“=”)，判斷的理由是______________。

③下列能提高CO平衡轉(zhuǎn)化率的措施有_________。

A．使用高效催化劑 B．通入He氣體使體系的壓強(qiáng)增大

C．降低反應(yīng)溫度 D．投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度

(2)已知：反應(yīng)I：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H<0

反應(yīng)II：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H<0

氨催化氧化時(shí)會(huì)發(fā)生上述兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)I和Ⅱ。為分析該催化劑對(duì)該反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入1molNH3和2molO2，反應(yīng)關(guān)系如圖，該催化劑在高溫時(shí)選擇反應(yīng)_________(填“I”或“II”)。520℃時(shí)，4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)的平衡常數(shù)K=_______(只需列出數(shù)字計(jì)算式)。

(3)以連二硫酸根(S2O42-)為介質(zhì)，使用間接電化學(xué)法可處理燃煤煙氣中的NO，裝置如圖所示：

①陰極區(qū)的電極反應(yīng)式為___________。

②NO吸收轉(zhuǎn)化后的主要產(chǎn)物為NH4+，若通電時(shí)電路中轉(zhuǎn)移了0.3mol e-，則此通電過程中理論上吸收的NO在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為___________mL。

Answer 1

【答案】 1/3 > 在其它條件一定時(shí)，提高氫碳比[n(H2O)/n(CO)]有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率 C I 2SO32—+4H++2e—=S2O42—+2H2O 1344

【解析】(1) ①R點(diǎn)與P點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同，結(jié)合P點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)可以求出R點(diǎn)的平衡常數(shù)。

②溫度一定時(shí)，根據(jù)氫碳比[n(H2O)/n(CO)]關(guān)系，充入H2O(g)越大，CO的平衡轉(zhuǎn)化率就越大。

③能夠提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，平衡正向移動(dòng)，提高氫碳比。

（2）根據(jù)生成氮?dú)狻⒁谎趸�氮的物質(zhì)的量判斷催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性。520℃時(shí)，n（N2）=n(NO)=0.2mol,利用方程式計(jì)算兩個(gè)反應(yīng)消耗的氨氣、氧氣物質(zhì)的量以及生成水的量，可以計(jì)算平衡時(shí)氨氣與氧氣的量，根據(jù)平衡常數(shù)K=c2（N2）×c6（H2O）/c4(NH3) ×c3(O2)進(jìn)行計(jì)算。

（3）①陽極區(qū)失電子生成S2O42-；②結(jié)合NO—NH4+-5e-進(jìn)行計(jì)算。

①在同一溫度下，對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)，化學(xué)平衡常數(shù)相等，因此R點(diǎn)平衡常數(shù)與P點(diǎn)平衡常數(shù)相等，因此根據(jù)題給信息可知，水蒸氣的量為2mol, c(H2O)=1mol/L,一氧化碳的量為1 mol，c(CO)=0.5mol/L,一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，結(jié)合CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)反應(yīng)可知，剩余c(CO)=0.5-0.5×50%=0.25 mol/L, c(H2O)=1-0.5×50%=0.75 mol/L,生成c(CO2)=0.25 mol/L, c(H2)= 0.25 mol/L, P點(diǎn)平衡常數(shù)K=[0.25×0.25]/[0.25×0.75]=1/3；R點(diǎn)平衡常數(shù)K=1/3；正確答案：1/3。

②兩種物質(zhì)參加反應(yīng)，在其它條件一定時(shí)，增加水蒸氣的濃度，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大；從圖像可以知道，提高氫碳比[n(H2O)/n(CO)]有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率；因此X曲線中氫碳比大于2.0；正確答案：>；在其它條件一定時(shí)，提高氫碳比[n(H2O)/n(CO)]有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率。

③從圖像可知，升高溫度，CO的轉(zhuǎn)化率減小，因此CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，△H<0，A．使用高效催化劑，只能改變反應(yīng)速率，對(duì)平衡移動(dòng)無影響，CO平衡轉(zhuǎn)化率不變，A錯(cuò)誤；B．溫度、體積不變，通入He氣體使體系的壓強(qiáng)增大，總壓增大分壓不變，對(duì)該平衡無影響，CO平衡轉(zhuǎn)化率不變，B錯(cuò)誤；C．該反應(yīng)△H<0，降低反應(yīng)溫度，平衡右移，CO平衡轉(zhuǎn)化率增大，C正確；D．投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，由于反應(yīng)前后氣體的總量不變，所以平衡不移動(dòng)，平衡轉(zhuǎn)化率不變，D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)C。

(2) 根據(jù)圖像，在高溫時(shí)，一氧化氮的量遠(yuǎn)大于氮?dú)獾牧浚?故該催化劑在高溫時(shí)選擇反應(yīng)I；根據(jù)圖像可知，520℃時(shí)，n（N2）=n(NO)=0.2mol,二者變化的濃度均為c（N2）=c(NO)=0.2 mol/L，根據(jù)反應(yīng)方程式進(jìn)行如下計(jì)算：

4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)

變化量 0.4 0.3 0.2 0.6

4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)

變化量 0.2 0.25 0.2 0.3

所以平衡時(shí)，c(NH3)=1-0.2-0.4=0.4mol/L，c(O2)=2-0.3-0.25=1.45 mol/L，c(N2)=0.2 mol/L， c(H2O)=0.3+0.6=0.9 mol/L；因此4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)的平衡常數(shù)K==c2（N2）×c6（H2O）/c4(NH3) ×c3(O2)=；正確答案：I；。

（3）①陰極應(yīng)該是將SO32-得電子轉(zhuǎn)化為S2O42-，即將+4價(jià)S轉(zhuǎn)化為+3價(jià)的S，所以2個(gè) SO32-得2個(gè)電子轉(zhuǎn)化為1個(gè)S2O42-，反應(yīng)物中再補(bǔ)充氫離子，生成物補(bǔ)充水分子，根據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒和電荷守恒配平得到：2SO32—+4H++2e—=S2O42—+2H2O ；正確答案：2SO32—+4H++2e—=S2O42—+2H2O。

②NO吸收轉(zhuǎn)化后的主要產(chǎn)物為NH4+，即N的化合價(jià)由+2降低為-3，所以1個(gè)NO得到5個(gè)電子，即NO的物質(zhì)的量是轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量的0.2mol，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.3mole-時(shí)反應(yīng)的NO為0.06mol，體積為1344 mL;正確答案：1344。