Question

【題目】汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO。為減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣：

（1）已知：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=﹣746.5kJ/mol

2C(s)+O2(g)2CO(g) △H=﹣221 kJ/mol

C(s)+O2(g)CO2(g) △H=﹣393.5 kJ/mol

則N2(g)+O2(g)═2NO(g) △H=____________ kJ/mol

（2）T℃下，在一容積不變的密閉容器中，通入一定量的NO和CO，用氣體傳感器測得不同時間NO和CO的濃度如下表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/10-4mol/L	10.0	4.50	C1	1.50	1.00	1.00
c（CO）/10-3mol/L	3.60	3.05	C2	2.75	2.70	2.70

則C2較合理的數值為_________（填字母標號）

A.4.20 B.4.00 C.2.95 D.2.85

（3）將不同物質的量的H2O(g)和CO(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應：H2O(g)+CO2(g) CO2(g)+H2(g)得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		H2O	CO	CO	H2
i	650	2	4	2.4	1.6	5
ii	900	1	2	1.6	0.4	3
iii	900	a	b	C	d	1

若a=2，b=1，則c=____，三組實驗對應平衡常數的關系K(i)_____ K(ii) _____ K(iii)（填“＞”、“＜”或“=”）。

（4）控制反應條件，CO和H2可以用來合成甲醇和二甲醚，其中合成二甲醚的化學方程式為：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)，在相同條件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡轉化率隨氫碳比的變化如圖所示：

①合成二甲醚的最佳氫碳比為__________。

②甲醇使用不當會導致污染，可用電解法消除這種污染。其原理是電解CoSO4、稀硫酸和CH3OH的混合溶液，將Co2+氧化為Co3+，Co3+再將CH3OH氧化成CO2，Co3+氧化CH3OH的離子方程式為________________。

Answer 1

【答案】 +180.5 D 0.6 > = 1.0 6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+

【解析】（1）已知：①2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=﹣746.5kJ/mol

②2C(s)+O2(g)2CO(g) △H=﹣221 kJ/mol

③C(s)+O2(g)CO2(g) △H=﹣393.5 kJ/mol

則依據蓋斯定律，③×2-②-①得到：N2(g)+O2(g)＝2NO(g)的△H=+180.5kJ/mol。

（2）由表中數據可知4s時反應到達平衡，1～3s內CO濃度變化量為3.05×10-3 mol/L-2.75×10-3 mol/L=3×10-4 mol/L，該2s內平均每秒內變化量為1.5×10-4 mol/L，隨反應進行，反應速率減小，該2s中前1s內CO濃度變化量應大于1.5×10-4 mol/L，則2s時CO的濃度小于3.05×10-3 mol/L-1.5×10-4 mol/L=2.9×10-3 mol/L，故2s時CO的濃度應介于2.75×10-3 mol/L～2.9×10-3 mol/L之間，選項中只有2.85×10-3 mol/L符合，答案選D。

（3） H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)

初始濃度（mol/L） 0.5 1 0 0

轉化濃度（mol/L） 0.2 0.2 0.2 0.2

平衡濃度（mol/L） 0.3 0.8 0.2 0.2

H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)

初始濃度（mol/L） 1 0.5 0 0

轉化濃度（mol/L）0.5-c/2 0.5-c/2 d/2 d/2

平衡濃度（mol/L）0.5+c/2 c/2 d/2 d/2/span>

所以0.5－c/2＝d/2，則d＝1－c，由平衡常數相等可知： ，解得c＝0.6；650℃時根據方程式可知

H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)

初始濃度（mol/L） 1 2 0 0

轉化濃度（mol/L） 0.8 0.8 0.8 0.8

平衡濃度（mol/L） 0.2 1.2 0.8 0.8

平衡常數為＞，又因為平衡常數只與溫度有關系，則三組實驗對應平衡常數的關系K(i)＞K(ii)＝K(iii)。

（4）①根據圖像可知氫碳比為1時合成二甲醚的轉化率最高，則合成二甲醚的最佳氫碳比為1。②根據電子得失守恒、原子守恒以及電荷守恒可知Co3+氧化CH3OH的離子方程式為6Co3++CH3OH+H2O＝CO2↑+6Co2++6H+。