Question

【題目】(1)為消除氮氧化物(NOx)的污染，可采用甲烷催化還原法:

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ/mol

則△H2=_________。

(2)甲醇催化脫氫可制得重要的化工產品——甲醛，制備過程中能量的轉化關系如圖所示。

①寫出上述反應的熱化學方程式______________。

②反應熱大小比較:過程I______過程II（填“大于”、“小于”或“等于”）。

③上述反應過程中,需向體系中通入適量空氣，控制條件消耗體系中的H2，既提高甲醛產率，同時使反應溫度保持不變，則理論上n(CH3OH)：n(空氣)=________。（已知:H2(g)+O2(g)==H2O(g) △H=-akJ/mol，空氣中O2的體積分數為0.2)

(3)工業上常用CO、CO2和H2合成甲醇燃料，其原理為:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H>0

當混合氣體的組成固定時，CO平衡轉化率(α)與溫度和壓強的關系如圖所示。圖中的壓強由大到小順序為_____，判斷理由是_____________；試解釋CO平衡轉化率隨溫度升高面減小的原因是__________________。

Answer 1

【答案】 -1160kJ/mol CH3OH(g)==HCHO(g)+H2(g) △H=+(E2-E1)kJ/mol 等于 P1>P2>P3 相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高 升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向向左移動，使得體系中CO的量增大；反應②為吸熱反應，平衡向右移動，又產生CO的量增大；總結果，隨溫度升高，使CO的轉化率降低

【解析】(1)已知：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ/mol

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ/mol

根據蓋斯定律，由③×2-①得反應CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)則△H2=△H3×2-△H1=-867kJ/mol×2-（-574kJ/mol）= -1160kJ/mol；

（2）①根據圖中信息可知，上述反應的熱化學方程式為：CH3OH(g)==HCHO(g)+H2(g) △H=+(E2-E1)kJ/mol；②催化劑改變化學反應的活化能，但不能改變反應的焓變，故反應熱大小比較:過程I等于過程II；

③ CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝+(E2－E1) kJ/mol

1 mol (E2－E1) kJ

n(CH3OH) mol n(CH3OH)(E2－E1) kJ

H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－a kJ/mol

0．5 mol a kJ

n(O2) mol 2an(O2) kJ

則n(CH3OH)(E2－E1)＝2an(O2)，即n(CH3OH)∶n(O2)＝，

則n(CH3OH)∶n(空氣)＝；

（3）相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應②為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高，所以圖中的壓強由大到小為P1＞P2＞P3；反應①為放熱反應，升高溫度時，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應②為吸熱反應，平衡向右移動，又產生CO的量增大；最終結果是隨溫度升高，使CO的轉化率降低。