Question

【題目】I、有科學家經過研究發現，用CO2和H2在210~290℃，催化劑條件下可轉化生成甲醇蒸汽和水蒸氣。

①230℃，向容器中投入0.5molCO2和1.5molH2，當轉化率達80％時放出熱量19.6kJ能量，寫出該反應的熱化學方程式_________ 。

②一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.0molCO2和3.0molH2，在不同催化劑作用下，相同時間內CO2的轉化率隨溫度變化如圖所示：催化劑效果最佳的是催化劑______ (填“I、Ⅱ、Ⅲ)。b點v(正) ____v(逆) (填>、< 、=)。此反應在a點時已達平衡狀態， a點的轉化率比c點高的原因是_______。已知容器內的起始壓強為100kPa，則圖中c點對應溫度下反應的平衡常數Kp=________。(保留兩位有效數字) (Kp為以分壓表示的平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數)。

II、汽車尾氣中CO、NOx以及燃煤廢氣中的SO2都是大氣污染物，對它們的治理具有重要意義。

(1)吸收SO2和NO，獲得Na2S2O4和NH4NO3產品的流程圖如圖所示(Ce為鈰元素)。

裝置Ⅱ中，酸性條件下NO被Ce4+氧化的產物主要是NO3-和NO2-，請寫出生成NO3-和NO2-物質的量之比為2∶1時的離子方程式：________________________。

(2)裝置Ⅲ的作用之一是用質子交換膜電解槽電解使得Ce4+再生，再生時生成的Ce4＋在電解槽的____(填“陽極”或“陰極”)，同時在另一極生成S2O42-的電極反應式為_________。

(3)已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO2-的濃度為a g·L-1，要使1.5 m3該溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3，至少需向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的氧氣__________L(用含a代數式表示，結果保留整數，否則不給分)。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H= - 49kJ/mol 催化劑I > 該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動 8.3×10-4或1/1200kPa-2 3NO＋5H2O＋7Ce4＋=2NO3-＋NO2-＋10H＋＋7Ce3＋ 陽極 2H＋＋2HSO3-＋2e－=S2O42-＋2H2O 365a

【解析】

I、①根據圖1可知0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6kJ，然后按比例計算△H并書寫該反應的熱化學方程式；②根據圖像判斷催化劑的效果；T3的b點未達到平衡，T4反應已經達到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應移動，結合三段式計算平衡常數；

II、(1)NO被氧化為NO3-和NO2-，根據物質的量之比結合化合價的變化分析判斷；

(2)生成Ce4+為氧化反應，發生在陽極上，陰極發生還原反應，HSO3-被還原生成S2O42-；

(3)NO2-的濃度為a gL-1，計算使1.5m3該溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3失去的電子數，根據電子守恒進行計算。

I、①已知0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6kJ，則該反應的熱化學方程式：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-×2 kJmol-1=-49kJmol-1，則熱化學方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol，故答案為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol；

②由圖象知：反應Ⅰ在較低溫度T3時CO2就達到80%的轉化率，催化劑效果最佳的反應是反應Ⅰ，T3的b點時，反應未達到限度，故v(正)＞v(逆)；該反應為放熱反應，T4反應已經達到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應移動，從而使CO2的轉化率降低。T4的a點轉化率比T5的c點高，c點時：

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

起始(mol)：13 00

轉化(mol)：0.61.8 0.60.6

平衡(mol)：0.41.2 0.60.6

在恒容恒溫條件下，氣體的壓強與氣體的物質的量成正比，則平衡時總壓強P總=100kPa×=70kPa，該反應的平衡常數Kp==8.3×10-4kPa-2，故答案為：I；＞；該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；8.3×10-4kPa-2；

II、(1)NO被氧化為NO3-和NO2-，且物質的量之比為2∶1，N元素化合價由+2價分別升高為+5價、+3價，Ce4+被還原為Ce3+，反應的離子方程式為3NO+5H2O+7Ce4+ ═2NO3-+NO2-+10H++7Ce3+，故答案為：3NO+5H2O+7Ce4+ ═2NO3-+NO2-+10H++7Ce3+；

(2)生成Ce4+為氧化反應，發生在陽極上，連接電源正極，陰極發生還原反應，HSO3-被還原生成S2O42-，電極方程式為2H++2HSO3-+2e-═S2O42-+2H2O，故答案為：陽極；2H++2HSO3-+2e- ═S2O42-+2H2O；

(3)NO2-的濃度為a gL-1，要使1.5m3該溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3，則失去電子數目是：，設消耗標況下氧氣的體積是V，則失電子數目是：×2×(2-0)，由電子守恒可知=×2×(2-0)，解得V=365a，故答案為：365a。