Question

【題目】數(shù)十年來，化學(xué)工作者對氮的氧化物、碳的氧化物做了廣泛深入的研究并取得一些重要成果。

I．已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

第一步：2NO(g)N2O2(g) （快） H1<0；v1正=k1正c2(NO) ；v1逆=k1逆c(N2O2)

第二步：N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) （慢） H2< 0； v2正=k2正c(N2O2)c(O2)；v2逆=k2逆c2(NO2)

①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)速率主要是由_______（填“第一步”或“第二步”）反應(yīng)決定。

②一定溫度，反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，請寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數(shù)表達(dá)式K=____________；升高溫度，K值_______（填“增大”、“減小”或“不變”）。

II．利用CO2和CH4重整不僅可以獲得合成氣（主要成分為CO、H2），還可減少溫室氣體的排放。

（1）已知重整過程中部分反應(yīng)的熱化方程式為：

① CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH>0

② CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH>0

③ CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g) ΔH<0

固定n(CO2)=n(CH4)，改變反應(yīng)溫度，CO2和CH4的平衡轉(zhuǎn)化率見圖甲。

同溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率________（填“大于”或“小于”）CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，其原因是_______________________________________________。

（2）在密閉容器中通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH4和CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)（單位Pa）的關(guān)系如圖乙所示。則：

①壓強(qiáng)：p1_____p2（填“>”、“=”、“<”，下同）；y點(diǎn)：v(正)_____v(逆)。

②已知?dú)怏w分壓(p分)=氣體總壓(p總)×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數(shù)Kp，求x點(diǎn)對應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=__________________。

（3）一定條件下Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶，其反應(yīng)機(jī)理如圖丙所示。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________。

（4）CO常用于工業(yè)上冶煉金屬，圖丁是在不同溫度下CO還原四種金屬氧化物達(dá)平衡后氣體中lg[c(CO)/c(CO2)]與溫度(t)的關(guān)系曲線圖。下列說法正確的是_________。

A．工業(yè)上可以通過增高反應(yīng)裝置來延長礦石和CO接觸的時(shí)間，減少尾氣中CO的含量

B．CO不適宜用于工業(yè)冶煉金屬鉻（Cr）

C．工業(yè)冶煉金屬銅（Cu）時(shí)較低的溫度有利于提高CO的利用率

D．CO還原PbO2的反應(yīng)ΔH＞0

Answer 1

【答案】 第二步 減小 大于 CO2發(fā)生其他副反應(yīng) < > Pa2(單位可不寫） CO2+4H2 CH4+2H2O BC

【解析】I．①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)速率主要是由反應(yīng)速率慢的即第二步反應(yīng)決定。②反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，k1正c2(NO) ＝k1逆c(N2O2)、k2正c(N2O2)c(O2)＝k2逆c2(NO2)，解得；正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)減小。

II．（1）根據(jù)圖示可以看出，CO2發(fā)生了其他副反應(yīng)，同溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率大于CH4的平衡轉(zhuǎn)化率大于；（2）①正反應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，則根據(jù)圖乙可判斷壓強(qiáng)：p1＜p2；y點(diǎn)要達(dá)到平衡狀態(tài)，即要達(dá)到x點(diǎn)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此v(正)＞v(逆)。②x點(diǎn)時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率是0.5，則

CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)

起始量（mol） 0.1 0.1 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol） 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡量（mol） 0.05 0.05 0.1 0.1

則x點(diǎn)對應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=。（3）據(jù)信息：一定條件下Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”，方程式為：CO2+4H2 CH4+2H2O；（4）A、通過增高反應(yīng)裝置來延長礦石和CO接觸的時(shí)間，但不能改變平衡狀態(tài)，因此不能減少尾氣中CO的含量，A錯(cuò)誤；B、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時(shí)，lg[c(CO)/c(CO2)]一直很高，說明CO轉(zhuǎn)化率很低，故不適合，B正確；C、由圖象可知溫度越低lg[c(CO)/c(CO2)]越小，故CO轉(zhuǎn)化率越高，C正確；D、由圖象可知CO還原PbO2的溫度越高lg[c(CO)/c(CO2)]越高，說明CO轉(zhuǎn)化率越低，平衡逆向移動(dòng)，故△H＜0，D錯(cuò)誤；答案選BC。