Question

【題目】碳、氮及其化合物在化工生產和國防工業中具有廣泛應用。請回答：

(1)利用CO2的弱氧化性，開發了丙烷氧化脫氫制丙烯的新工藝。該工藝可采用鉻的氧化物為催化劑，其反應機理如圖：

①圖中催化劑為__________________。

②該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑活性，原因是______________。

(2)現向三個體積均為2L的恒容密閉容器I、Ⅱ、Ⅲ中，均分別充入1molCO和2molH2發生反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－90.1kJ/mol。三個容器的反應溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變。當反應均進行到5min時H2的體積分數如圖所示，其中只有一個容器中的反應已經達到平衡狀態。

①5min 時三個容器中的反應達到化學平衡狀態的是容器__________（填序號）。

②0-5min內容器I中用CH3OH表示的化學反應速率v(CH3OH)=_________。（保留兩位有效數字）。

③當三個容器中的反應均達到平衡狀態時，平衡常數最小的是容器_________。（填序號）

(3)在密閉容器中充入10molCO和8 molNO，發生反應：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H=－762kJ·mo－1，如圖為平衡時NO的體積分數與溫度、壓強的關系。

①由上圖判斷，溫度T1_____T2（填“低于”或“高于”）。

②壓強為20MPa、溫度為T2下，若反應進行到10 min達到平衡狀態，在該溫度下，如圖所示A、B、C對應的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)從大到小的順序為_________。

③若在D點對反應容器降溫的同時縮小體積至體系壓強增大，重新達到的平衡狀態可能是圖中A~G點中的__________點。

Answer 1

【答案】CrO3 碳與CO2反應生成CO，脫離催化劑表面 III 0.067mol/(Lmin) III 低于 pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2) G

【解析】

(1)①根據反應機理圖確定每一步反應的反應物和生成物，從而確定催化劑；
②結合C與CO2的反應分析；

(2)①對于某一可逆反應，當其它條件一定時，溫度越高，反應速率越快，越早達到平衡狀態；
②列三段式計算：

③平衡常數只受溫度的影響，根據溫度對平衡移動的影響分析判斷；

(3)①根據溫度對平衡移動的影響分析判斷；

②根據壓強對平衡移動的影響分析判斷；

③同時結合溫度和壓強對平衡移動的影響分析判斷。

(1)①由反應機理圖可知，反應(ⅰ)中反應物為C3H8和CrO3，生成物為C3H6、H2O和Cr2O3，反應(ⅰi)中反應物為Cr2O3和CO2，生成物為CO和CrO3，由此可知反應(ⅰ)消耗CrO3，反應(ⅰi)生成CrO3，反應前后CrO3不變，則催化劑為CrO3，故答案為：CrO3；

②碳與CO2反應生成CO，脫離催化劑表面，因此該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑的活性，故答案為：碳與CO2反應生成CO，脫離催化劑表面；

(2)①對于某一可逆反應，當其它條件一定時，溫度越高，反應速率越快，應越早達到平衡狀態，由圖像可知，T1＜T2＜T3，T3溫度最高，當反應均進行到5min時，只有一個容器中的反應已經達到平衡狀態，只能是III容器，故答案為：III；
②設轉化CO的物質的量為x，列三段式(單位為mol)：

，I容器中的氫氣的體積分數為40%，因此有

，則x=mol，根據化學反應速率的數學表達式，，故答案為：0.067mol/(Lmin)；
③平衡常數只受溫度的影響，此反應的正反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數減小，因此化學平衡常數最小的是III，故答案為：III；

(3)①此反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，NO的體積分數會增大，則T1低于T2，故答案為：低于；

②此反應的正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，二氧化碳的體積分數增大，分壓增大，故答案為：pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2)；

③由于此反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應，若在D點對反應容器降溫的同時縮小體積至體系壓強增大，則平衡會正向移動，NO的體積分數減小，重新達到的平衡狀態可能是圖中G點，故答案為：G。