Question

【題目】CO在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中有著重要的應(yīng)用。

(1)CO催化脫硫：科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)CoS對CO還原SO2實現(xiàn)脫硫、并回收S有很好的催化效果，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________。

(2)CO催化脫氮：在一定溫度下，向2 L的恒容密閉容器中充入4.0 mol NO2和4.0 mol CO，在催化制作用下發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g) ΔH=-1227.8 kJ/mol，測得相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

時間 濃度	0 min	5 min	10 min	15 min	20 min
c(NO2)/mol·L-1	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c(N2)/mol·L-1	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①其他條件不變，若不使用催化劑，則0～5 min內(nèi)NO2的轉(zhuǎn)化率將_____(填“變大”“變小”或“不變”)。

②下列表述能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是______(填序號)。

A．CO的化學(xué)反應(yīng)速率為N2的4倍 B．氣體的顏色不再變化

C．化學(xué)平衡常數(shù)K不再變化 D．混合氣體的密度不再變化

③有利于提高該反應(yīng)中NO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是_____(填序號)。

A．高溫低壓 B．低溫高壓 C．高溫高壓 D．低溫低壓

(3)CO與Ni發(fā)生羰化反應(yīng)形成的絡(luò)合物可作為催化烯烴反應(yīng)的催化劑。Ni的羰化反應(yīng)為Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH＜0，T0溫度下，將足量的Ni粉和3.7 mol CO加入到剛性密閉容器中，10 min時反應(yīng)達到平衡，測得體系的壓強為原來的。則：

①0～10 min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(Ni)=___g·min-1。

②研究表明，正反應(yīng)速率v正=k正·x4(CO)，逆反應(yīng)速率v逆=k逆·x[Ni(CO)4](k正和k逆分別表示正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分數(shù))，計算T0溫度下的=__。

③T1溫度下測得一定的實驗數(shù)據(jù)，計算得到v正~x(CO)和v逆~x[Ni(CO)4]的關(guān)系如圖所示。當(dāng)降低溫度時，反應(yīng)重新達到平衡，相應(yīng)的點分別為_______、_______(填字母)。

Answer 1

【答案】2CO+SO22CO2+S 變小 B B 5.31 9×103(或9000) D B

【解析】

(1)在CoS催化下，CO、SO2反應(yīng)產(chǎn)生S、CO2；

(2)①利用催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析判斷；

②根據(jù)平衡時任何一種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等保持不變判斷；

③要提高該反應(yīng)中NO2平衡轉(zhuǎn)化率，就要使平衡正向移動，根據(jù)平衡移動原理，結(jié)合反應(yīng)特點分析判斷；

(3)①先計算平衡時Ni(CO)4(g)的物質(zhì)的量，然后根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系，計算消耗Ni的質(zhì)量，得到其反應(yīng)速率；

②根據(jù)反應(yīng)達到平衡時v正=v逆，利用速率與物質(zhì)的量分數(shù)關(guān)系計算；

③該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度時，平衡正向移動，同時正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率均減小，x(CO)減小，x[Ni(CO)4]增大。

(1)在CoS催化下，CO、SO2反應(yīng)產(chǎn)生S、CO2，根據(jù)原子守恒、電子守恒，可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO+SO22CO2+S；

(2)①根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：反應(yīng)在15 min時達到平衡，由于在0～5 min內(nèi)反應(yīng)未達到平衡，所以若使用催化劑，就可以加快反應(yīng)速率，使更多的反應(yīng)物NO2反應(yīng)，NO2轉(zhuǎn)化率提高，若不使用催化劑，則反應(yīng)速率減小，NO2的轉(zhuǎn)化率將變小；

②反應(yīng)2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g) ΔH=-1227.8 kJ/mol的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)。

A．未指明反應(yīng)速率是正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，A錯誤；

B．反應(yīng)在恒容密閉容器中進行，反應(yīng)混合物只有NO2是有色氣體，因此若混合氣體的顏色不再變化，說明反應(yīng)達到了平衡狀態(tài)，B正確；

C．化學(xué)平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)是否達到平衡無關(guān)，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，C錯誤；

D．反應(yīng)在恒容密閉容器中進行，反應(yīng)混合物都是氣體，氣體的體積、質(zhì)量始終不變，因此氣體密度始終不變，所以不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，D錯誤；

故合理選項是B；

③根據(jù)平衡移動原理：增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動；降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動。由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，要提高該反應(yīng)中NO2平衡轉(zhuǎn)化率，采取的措施是低溫高壓，故合理選項是B；

(3)①在恒容密閉容器中，氣體的壓強比等于氣體的物質(zhì)的量的比，在反應(yīng)開始時加入了3.7 mol CO，反應(yīng)達到平衡時測得體系的壓強為原來的，則氣體的物質(zhì)的量為n(氣體)=×3.7 mol=1 mol，假設(shè)平衡時反應(yīng)產(chǎn)生Ni(CO)4(g)為x mol，則反應(yīng)消耗CO物質(zhì)的量為4x mol，平衡時CO物質(zhì)的量為(3.7-4x) mol，則(3.7-4x) mol+x mol=1 mol，解得x=0.9 mol，由方程式可知Ni與反應(yīng)產(chǎn)生的Ni(CO)4(g)的物質(zhì)的量相同，因此10 min內(nèi)反應(yīng)消耗Ni的物質(zhì)的量為0.9 mol，其質(zhì)量是m(Ni)=0.9 mol×59 g/mol=53.1 g，所以0～10 min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(Ni)= 53.1 g÷10 min=5.31 g/min；

②當(dāng)反應(yīng)達到平衡時v正=v逆，由于正反應(yīng)速率v正=k正·x4(CO)，逆反應(yīng)速率v逆=k逆·x[Ni(CO)4]，所以k正·x4(CO)= k逆·x[Ni(CO)4]，=K，根據(jù)①可知平衡時n[Ni(CO)4]=0.9 mol，n(CO)=1.0 mol-0.9 mol=0.1 mol，所以x(CO)=，x[Ni(CO)4]=，所以K==9×103(或9000)；

③該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。降低溫度時，平衡正向移動，同時正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率均減小，x(CO)減小，x[Ni(CO)4]增大，所以反應(yīng)重新達到平衡時相應(yīng)的點分別為D、B。