Question

【題目】冬季是霧霾大氣高發的季節，其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成霧霾的原因之一。

（l）工業上利用甲烷催化還原NOx可減少氮氧化物的排放。已知：

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

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H2＝－1160kJ/mol

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為__________________。

（2）將CO2轉化為甲醇可以實現廢物利用，達到節能減排的目的，反應原理可表示為：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g）△H3

①在一恒溫恒容密閉容器中充入1molCO2和3molH2進行上述反應。測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖1所示。請回答：

0～3min內氫氣的平均反應速率為______mol/(L·min)；

第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1molCO2(g)和3molH2 (g)，則達到平衡時CH3OH的體積分數_________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

②取五份等體積的CO2和H2的混合氣體（物質的量之比均為1∶3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ（CH3OH）與反應溫度T的關系曲線如圖2所示，則上述CO2轉化為甲醇的反應的△H3___0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）二甲醚也是清潔能源，用合成氣在催化劑存在下制備二甲醚的反應原理為：

2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定條件下，該反應中CO的平衡轉化率σ隨溫度、投料比的變化曲線如圖3所示。

①a、b、c按從大到小的順序排序為___________。

②對于氣相反應，用某組分（B）的平衡壓強（pB）代替物質的量濃度（cB）也可以表示平衡常數（記作Kp），則該反應平衡常數的表達式Kp=________________。

③在恒容密閉容器里按體積比為1：2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向逆反應方向移動的是______。

A．逆反應速率先增大后減小B．混合氣體的密度增大

C．化學平衡常數K值減小D．氫氣的轉化率減小

Answer 1

【答案】 CH4(g)＋2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H20(g) △H＝-867kJ/mol 0.5 增大 ＜ a>b>c AC

【解析】(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g) ═2N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJmol-1，由蓋斯定律(①+②)×得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g) +CO2(g) +2H2O(g)△H=-867kJmol-1，故答案為：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ/mol；

(2)由圖可知，0～3min內二氧化碳的濃度變化為1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，v(CO2)= =，則v(H2)=3v(CO2)=0.5mol/(Lmin)；開始CO2的濃度為1mol/L，故容器的體積為=1L，H2的起始濃度為=3mol/L，則：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

開始(mol/L)： 1 3 0 0

變化(mol/L)：0.75 2.25 0.75 0.75

平衡(mol/L)：0.25 0.750.75 0.75

故該溫度下平衡常數k==5.33；保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g)，則Qc=＜5.33，則平衡正向移動，平衡時CH3OH的體積分數增大，故答案為：0.5；增大；

(2)由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，說明升高溫度平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H3＜0，故答案為：＜；

(3)①反應2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，增大H2的濃度，平衡右移，CO的轉化率增大，即投料比越高，CO的轉化率增大，故答案為：a＞b＞c；

②對于2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，對于氣相反應，用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質的量濃度也可以表示平衡常數(記作Kp)，反應的平衡常數=，故答案為： ；

③A．逆反應速率先增大后減小，說明反應逆向進行，故A正確；B．混合氣體的密度增大，說明容器的體積減小，則壓強增大，平衡正向移動，故B錯誤；C．化學平衡常數K值減小，說明平衡逆向進行，故C正確；D．氫氣的轉化率減小，不一定是平衡逆向進行，還可能是又充入了氫氣，故D錯誤；故答案為：AC。