Question

【題目】C、N的氧化物常會造成一些環境問題，科研工作者用各種化學方法來消除這些物質對環境的影響。回答下列問題：

(1)CO2的重整：用CO2和H2為原料可得到CH4燃料。

已知：①

②

寫出CO2重整的熱化學方程式___________________________。

200℃時，向VL恒溫密閉容器A(恒容)、B(恒壓)中，均充入1molCO2和4molH2，兩容器中反應達平衡時放出或吸收的熱量較多的是_________________(填“A”或“B”)。

(2)在恒容密閉容器中充入一定量的N2O4，發生可逆反應。則N2O4的平衡轉化率隨溫度的變化曲線為右圖中的______________(填“i”或“ⅱ”)曲線。若T2K時容器的起始壓強為102kPa，則該溫度下反應的分壓平衡常數Kp=_____________kPa。

(3)反應，在一定條件下，N2O4與NO2的消耗速率與各自的分壓有如下關系：v(N2O4)=k1p(N2O4)，v(NO2)=k2p2(NO2)，其中k1、k2是與溫度有關的常數，相應的速率與N2O4或NO2的分壓關系如右圖所示。在T℃時，圖中M，N點能表示該反應達到平衡狀態，理由是__________________________________。改變溫度，v(NO2)會由M點變為A，B或C，v(N2O4)會由N點變為D，E或F，當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為____________(填字母標號)。

(4)間接電化學法除NO，其原理如圖所示。寫出陰極的電極反應式(陰極室溶液呈酸性)_____________________，吸收池中除去NO的原理_______________(用離子方程式表示)。

Answer 1

【答案】 B i 204 M點的消耗速率是N點消耗速率的2倍，即[或] AD

【解析】

(1)根據蓋斯定律進行計算；該反應是氣體體積減小的反應，隨著反應的進行，氣體的壓強會減小，為了保持恒壓，容器的體積要減小；恒壓(B)下的反應，相當于在恒容基礎上將體積進行壓縮，恒容條件的平衡會正向移動，據此分析熱量的變化情況；

(2)由于該反應是吸熱反應，隨著溫度的升高，平衡正向移動，N2O4的轉化率增大，據此判斷符合條件的曲線；根據壓強之比和物質的量成正比的規律，可用壓強代替物質的量列三段式進行計算，求出Kp；

(3)反應達到平衡后，正逆反應速率相等，且滿足速率之比和系數成正比的規律；升高溫度，化學反應速率會增加，變化后的點一定比M點、N點的速率要大，據此找到相應的變化的點；

(4)陰極得到電子發生還原反應，根據圖可知是HSO3－在酸性條件下發生還原反應，生成S2O42－，據此寫出其電極反應式；根據圖示，吸收池中S2O42－和NO是反應物，N2和HSO3－是生成物，據此寫出吸收池中除去NO反應的離子方程式。

(1)反應①－2×反應②可以得到目標反應，CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)，則△H=△H1－2×△H2=(247－2×205)kJ·mol－1=－163kJ·mol－1，則CO2重整的熱化學方程式CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)△H=－163kJ·mol－1；該反應是氣體體積減小的反應，隨著反應的進行，氣體的壓強會減小，為了保持恒壓，容器的體積要減小；恒壓(B)下的反應，相當于在恒容基礎上將體積進行壓縮，恒容條件的平衡會正向移動，放出的熱量會更多；

(2)由于該反應是吸熱反應，隨著溫度的升高，平衡正向移動，N2O4的轉化率增大，變化曲線為圖中的ⅰ；若T2K時，容器的起始壓強為102kPa。恒容條件下，壓強之比等于物質的量之比，因此可用壓強代替物質的量進行計算。T2K時，N2O4的平衡轉化率為0.5，根據三段式，有：

則平衡常數；

(3)N2O4的消耗速率表示的為正反應速率，NO2的消耗速率表示的為逆反應速率；在同一個化學中，用不同的物質表示化學反應速率，其速率之比等于計量數之比。在T℃時，圖中M點NO2的消耗速率是N點N2O4消耗速率的2倍，即v正(NO2)=v逆(NO2)[或v正(N2O4)=v逆(N2O4)]說明反應達到平衡；升高溫度，化學反應速率會增加，則M點會變成A點；達到平衡時，NO2的消耗速率是新的點N2O4消耗速率的2倍，根據圖示A點表示的反應速率是D點的兩倍，則對應的點分別為A、D；

(4)陰極得到電子發生還原反應，根據圖可知是HSO3－在酸性條件下發生還原反應，生成S2O42－，其電極反應式為2HSO3－＋2e－＋2H＋=S2O42－＋2H2O；根據圖示，吸收池中S2O42－和NO是反應物，N2和HSO3－是生成物，則吸收池中除去NO的原理是2NO＋2S2O42－＋2H2O=N2＋4HSO3－。