Question

【題目】減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣中的排放是環境保護的重要內容之一。合理應用和處理碳、氮及其化合物，在生產生活中有重要意義。

(1)對溫室氣體二氧化碳的研究一直是科技界關注的重點。在催化劑存在下用H2還原CO2 是解決溫室效應的重要手段之一,相關反應如下:

已知H2 和CH4的燃燒熱分別為285.5kJ/mol 和890.0kJ/mol。

H2O(1) =H2O(g) △H= +44 kJ/mol

試寫出H2 還原CO2 生成CH4和H2O(g)的熱化學方程式_____________。

(2)CO2在Cu-ZnO催化下,可同時發生如下的反應I、II，其可作為解決溫室效應及能源短缺的重要手段。

I.CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H1=-57.8 kJ/mol

II.CO2(g) +H2(g)CO(g) + H2O(g) △H2 = +41.2 kJ/mol

①某溫度時，若反應I的速度v1大于反應II的速度以v2,則下列反應過程的能量變化正確的是_______(填選項)。

②對于氣體參加的反應,，表示平衡常數Kp時,用氣體組分(B)的平衡分壓p(B)代替該氣體物質的量濃度c(B)。

已知:氣體各組分的分壓p(B)，等于總壓乘以其體積分數。

在Cu-ZnO存在的條件下，保持溫度T時，在容積不變的密閉容器中,充入一定量的CO2 及H2，起始及達平衡時，容器內各氣體物質的量如下表:

	CO2	H2	CH3OH	CO	H2O(g)	總壓/kPa
起始/mol	5.0	7.0	0	0	0	p0
平衡/mol			n1		n2	p

若反應I、II均達平衡時,P0=1.2p，則表中n1=____；若此時n2=3.則反應I的平衡常數Kp=__(無需帶單位,用含總壓p的式子表示)。

(3)汽車尾氣是霧霾形成的原因之一。研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采用氧化還原法脫硝:

4NO(g) +4NH3(g) +O2(g) 4N2(g) +6H2O(g) △H <0

根據下圖判斷提高脫硝效率的最佳條件是________;氨氮比一定時,在400℃時,脫硝效率最大,其可能的原因是______________。

(4)用活性炭還原法也可以處理氮氧化物,某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO,發生反應:C(s) +2NO(g)N2(g) +CO2(g) △H>0

在T℃時,反應進行到不同時間測得各物質的量濃度如下:

時間/min 濃度/(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

30min后,只改變某一條件,根據上表的數據判斷改變的條件可能是_______。

A.通入一定量的CO2 B.加入合適的催化劑 C.適當縮小容器的體積

D.通入一定量的NO E.加入一定量的活性炭 F.適當升高溫度

Answer 1

【答案】 CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.0kJ·mol-1 D 1.0 溫度 400℃，氨氮物質的量之比為 1 在 400℃時催化劑的活性最好， 催化效率高， 同時 400℃溫度較高，反應速率快 CD

【解析】（1）考查熱化學反應方程式的計算，①H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) △H=－285.5kJ·mol－1，②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－890.0kJ·mol－1，③H2O(l)=H2O(g) △H=＋44kJ·mol－1，氫氣還原CO2的反應是4H2＋CO2=CH4＋2H2O(g)，因此有①×4－②＋③×2得出：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.0kJ·mol－1；（2）考查化學平衡計算，①反應I是放熱反應，反應物的總能量大于生成物的總能量，反應II是吸熱反應，反應物的總能量小于生成物的總能量，因為反應I的速度快于反應II，因此反應I的活化能低于反應II，故D正確；②設體系中生成CH3OH的物質的量xmol，反應II反應前后氣體系數之和相等，因此容器中氣體總物質的量為(12－2x)mol，根據壓強之比等于物質的量之比，因此有12/(12－2x)=p0/p，解得x=1mol，即n1=1mol，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

變化：1 3 1 1

平衡： 1 1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

變化： 2 2 2 2

平衡： 2 2，根據n1的分析，體系中氣體總物質的量為10mol，p(H2O)=3p/10，p(CH3OH)=p/10，消耗CO2的物質的量為3mol，則平衡是CO2的物質的量為2mol，即p(CO2)=2p/10，同理p(H2)=2p/10，反應I的平衡常數Kp==；（3）本題考查反應條件的控制，根據圖像，在氨氮物質的量之比為1，溫度在400℃時，脫硝效率最大，原因是在400℃時催化劑的活性最好，催化效率最高，同時400℃溫度較高，反應速率快；（4）考查影響化學平衡移動的因素，A、40min的數值都增大，通入一定量的CO2，CO2濃度增大，NO和N2濃度應不變，故A錯誤；B、催化劑對濃度無影響，故B錯誤；C、適當縮小容器的體積，組分濃度增大，故C正確；D、C為固體，通入一定量的NO，相當于在原來的基礎上增大壓強，體積縮小，濃度增大，故D正確；E、C為固體，加入一定量的活性炭，對平衡無影響，對組分濃度無影響，故E錯誤；F、此反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，NO濃度降低，故F錯誤。