Question

【題目】I、有科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，用CO2和H2在210~290℃，催化劑條件下可轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣。

①230℃，向容器中投入0.5molCO2和1.5molH2，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)80％時(shí)放出熱量19.6kJ能量，寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)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(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)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(diǎn)v(正) ____v(逆) (填>、< 、=)。此反應(yīng)在a點(diǎn)時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)， a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高的原因是_______。已知容器內(nèi)的起始?jí)簭?qiáng)為100kPa，則圖中c點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=________。(保留兩位有效數(shù)字) (Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

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

(1)吸收SO2和NO，獲得Na2S2O4和NH4NO3產(chǎn)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(chǎn)物主要是NO3-和NO2-，請(qǐng)寫(xiě)出生成NO3-和NO2-物質(zhì)的量之比為2∶1時(shí)的離子方程式：________________________。

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

(3)已知進(jìn)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(zhuǎn)化為NH4NO3，至少需向裝置Ⅳ中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣__________L(用含a代數(shù)式表示，結(jié)果保留整數(shù)，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(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng) 8.3×10-4或1/1200kPa-2 3NO＋5H2O＋7Ce4＋=2NO3-＋NO2-＋10H＋＋7Ce3＋ 陽(yáng)極 2H＋＋2HSO3-＋2e－=S2O42-＋2H2O 365a

【解析】

I、①根據(jù)圖1可知0.5molCO2和1.5molH2轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6kJ，然后按比例計(jì)算△H并書(shū)寫(xiě)該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；②根據(jù)圖像判斷催化劑的效果；T3的b點(diǎn)未達(dá)到平衡，T4反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，結(jié)合三段式計(jì)算平衡常數(shù)；

II、(1)NO被氧化為NO3-和NO2-，根據(jù)物質(zhì)的量之比結(jié)合化合價(jià)的變化分析判斷；

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

(3)NO2-的濃度為a gL-1，計(jì)算使1.5m3該溶液中的NO2-完全轉(zhuǎn)化為NH4NO3失去的電子數(shù)，根據(jù)電子守恒進(jìn)行計(jì)算。

I、①已知0.5molCO2和1.5molH2轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-×2 kJmol-1=-49kJmol-1，則熱化學(xué)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(yīng)Ⅰ在較低溫度T3時(shí)CO2就達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率，催化劑效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)Ⅰ，T3的b點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到限度，故v(正)＞v(逆)；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，T4反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，從而使CO2的轉(zhuǎn)化率降低。T4的a點(diǎn)轉(zhuǎn)化率比T5的c點(diǎn)高，c點(diǎn)時(shí)：

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

起始(mol)：13 00

轉(zhuǎn)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(qiáng)與氣體的物質(zhì)的量成正比，則平衡時(shí)總壓強(qiáng)P總=100kPa×=70kPa，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp==8.3×10-4kPa-2，故答案為：I；＞；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；8.3×10-4kPa-2；

II、(1)NO被氧化為NO3-和NO2-，且物質(zhì)的量之比為2∶1，N元素化合價(jià)由+2價(jià)分別升高為+5價(jià)、+3價(jià)，Ce4+被還原為Ce3+，反應(yīng)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(yīng)，發(fā)生在陽(yáng)極上，連接電源正極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，HSO3-被還原生成S2O42-，電極方程式為2H++2HSO3-+2e-═S2O42-+2H2O，故答案為：陽(yáng)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(zhuǎn)化為NH4NO3，則失去電子數(shù)目是：，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，則失電子數(shù)目是：×2×(2-0)，由電子守恒可知=×2×(2-0)，解得V=365a，故答案為：365a。