Question

【題目】減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣中的排放是環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容之一。合理應(yīng)用和處理碳、氮及其化合物，在生產(chǎn)生活中有重要意義。

(1)對(duì)溫室氣體二氧化碳的研究一直是科技界關(guān)注的重點(diǎn)。在催化劑存在下用H2還原CO2 是解決溫室效應(yīng)的重要手段之一,相關(guān)反應(yīng)如下:

已知H2 和CH4的燃燒熱分別為285.5kJ/mol 和890.0kJ/mol。

H2O(1) =H2O(g) △H= +44 kJ/mol

試寫出H2 還原CO2 生成CH4和H2O(g)的熱化學(xué)方程式_____________。

(2)CO2在Cu-ZnO催化下,可同時(shí)發(fā)生如下的反應(yīng)I、II，其可作為解決溫室效應(yīng)及能源短缺的重要手段。

I.CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H1=-57.8 kJ/mol

II.CO2(g) +H2(g)CO(g) + H2O(g) △H2 = +41.2 kJ/mol

①某溫度時(shí)，若反應(yīng)I的速度v1大于反應(yīng)II的速度以v2,則下列反應(yīng)過(guò)程的能量變化正確的是_______(填選項(xiàng))。

②對(duì)于氣體參加的反應(yīng),，表示平衡常數(shù)Kp時(shí),用氣體組分(B)的平衡分壓p(B)代替該氣體物質(zhì)的量濃度c(B)。

已知:氣體各組分的分壓p(B)，等于總壓乘以其體積分?jǐn)?shù)。

在Cu-ZnO存在的條件下，保持溫度T時(shí)，在容積不變的密閉容器中,充入一定量的CO2 及H2，起始及達(dá)平衡時(shí)，容器內(nèi)各氣體物質(zhì)的量如下表:

	CO2	H2	CH3OH	CO	H2O(g)	總壓/kPa
起始/mol	5.0	7.0	0	0	0	p0
平衡/mol			n1		n2	p

若反應(yīng)I、II均達(dá)平衡時(shí),P0=1.2p，則表中n1=____；若此時(shí)n2=3.則反應(yīng)I的平衡常數(shù)Kp=__(無(wú)需帶單位,用含總壓p的式子表示)。

(3)汽車尾氣是霧霾形成的原因之一。研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采用氧化還原法脫硝:

4NO(g) +4NH3(g) +O2(g) 4N2(g) +6H2O(g) △H <0

根據(jù)下圖判斷提高脫硝效率的最佳條件是________;氨氮比一定時(shí),在400℃時(shí),脫硝效率最大,其可能的原因是______________。

(4)用活性炭還原法也可以處理氮氧化物,某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO,發(fā)生反應(yīng):C(s) +2NO(g)N2(g) +CO2(g) △H>0

在T℃時(shí),反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的量濃度如下:

時(shí)間/min 濃度/(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

30min后,只改變某一條件,根據(jù)上表的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是_______。

A.通入一定量的CO2 B.加入合適的催化劑 C.適當(dāng)縮小容器的體積

D.通入一定量的NO E.加入一定量的活性炭 F.適當(dāng)升高溫度

Answer 1

【答案】 CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.0kJ·mol-1 D 1.0 溫度 400℃，氨氮物質(zhì)的量之比為 1 在 400℃時(shí)催化劑的活性最好， 催化效率高， 同時(shí) 400℃溫度較高，反應(yīng)速率快 CD

【解析】（1）考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，①H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) △H=－285.5kJ·mol－1，②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－890.0kJ·mol－1，③H2O(l)=H2O(g) △H=＋44kJ·mol－1，氫氣還原CO2的反應(yīng)是4H2＋CO2=CH4＋2H2O(g)，因此有①×4－②＋③×2得出：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.0kJ·mol－1；（2）考查化學(xué)平衡計(jì)算，①反應(yīng)I是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，反應(yīng)II是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，因?yàn)榉磻?yīng)I的速度快于反應(yīng)II，因此反應(yīng)I的活化能低于反應(yīng)II，故D正確；②設(shè)體系中生成CH3OH的物質(zhì)的量xmol，反應(yīng)II反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和相等，因此容器中氣體總物質(zhì)的量為(12－2x)mol，根據(jù)壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，因此有12/(12－2x)=p0/p，解得x=1mol，即n1=1mol，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

變化：1 3 1 1

平衡： 1 1

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

變化： 2 2 2 2

平衡： 2 2，根據(jù)n1的分析，體系中氣體總物質(zhì)的量為10mol，p(H2O)=3p/10，p(CH3OH)=p/10，消耗CO2的物質(zhì)的量為3mol，則平衡是CO2的物質(zhì)的量為2mol，即p(CO2)=2p/10，同理p(H2)=2p/10，反應(yīng)I的平衡常數(shù)Kp==；（3）本題考查反應(yīng)條件的控制，根據(jù)圖像，在氨氮物質(zhì)的量之比為1，溫度在400℃時(shí)，脫硝效率最大，原因是在400℃時(shí)催化劑的活性最好，催化效率最高，同時(shí)400℃溫度較高，反應(yīng)速率快；（4）考查影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素，A、40min的數(shù)值都增大，通入一定量的CO2，CO2濃度增大，NO和N2濃度應(yīng)不變，故A錯(cuò)誤；B、催化劑對(duì)濃度無(wú)影響，故B錯(cuò)誤；C、適當(dāng)縮小容器的體積，組分濃度增大，故C正確；D、C為固體，通入一定量的NO，相當(dāng)于在原來(lái)的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，體積縮小，濃度增大，故D正確；E、C為固體，加入一定量的活性炭，對(duì)平衡無(wú)影響，對(duì)組分濃度無(wú)影響，故E錯(cuò)誤；F、此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO濃度降低，故F錯(cuò)誤。