Question

【題目】運用化學反應原理研究碳、氮的單質及其化合物的反應對緩解環境污染、能源危機具有重要意義。

（1）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，其反應原理可表示為：CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g) △H＝－29.1kJ/mol。向體積為2 L的密閉容器中充入2mol CH3OH(g)和2molCO，測得容器內的壓強(p：kPa)隨時間(min)的變化關系如下圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改變的反應條件是 。

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

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

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

（2）超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2。某研究小組在實驗室用某新型催化劑對CO、NO催化轉化進行研究，測得NO轉化為N2的轉化率隨溫度、CO混存量的變化情況如下圖所示，利用以下反應填空：NO＋CON2＋CO2（有CO） 2NON2＋O2（無CO）

①若不使用CO，溫度超過775 ℃，發現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，應控制最佳溫度在 左右。

Answer 1

【答案】

（1）①Ⅱ中使用催化劑（1分）

②0.10mol/(L·min) （2分）

③2（1分） ＜（1分）

濃度商Qc＝＞2＝K，反應向逆反應方向進行，故v(正)＜v(逆) （2分）

④＞（1分）

此反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動(或者反應Ⅰ達平衡時所用的時間比反應Ⅲ達平衡時所用的時間短，化學反應速率快，故T1溫度更高) （2分）

（2）①該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行（2分）

②870℃(850℃到900℃之間都可以) （2分）

【解析】

試題分析：

（1）①Ⅱ和Ⅰ相比反應速率加快，但不影響平衡移動，正反應為氣體物質的量減小的反應，應是使用催化劑；

②恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質的量之比，故平衡時混合氣體總物質的量為(2＋2)mol×＝3mol，則：

CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) 物質的量減小△n＝1

起始量(mol)：2 2 0

變化量(mol)：1 1 1 4－3＝1

平衡量(mol)：1 1 1

則v(HCOOCH3)＝ ＝0.10 mol/(L·min)；

③Ⅱ、Ⅰ溫度相同，平衡常數相同，平衡常數K(Ⅱ)＝；此時濃度商Qc＝ ＞2＝K，反應向逆反應方向進行，則v(正)＜v(逆)；

④此反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動(或者反應Ⅰ達平衡時所用的時間比反應Ⅲ達平衡時所用的時間短，化學反應速率快，故T1溫度更高)；

（2）①由于該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行，所以若不使用CO，溫度超過775 ℃，NO的分解率降低；

②根據曲線I可知在n(NO)/n(CO)＝1的條件下，溫度為870℃左右時轉化率最高，因此應控制最佳溫度在870℃左右。