Question

【題目】數(shù)十年來，化學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）的反應速率主要是由______（填“第一步”或“第二步”）反應決定。

②一定溫度下，反應2NO（g）+O2（g） 2NO2（g）達到平衡狀態(tài)，請寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數(shù)表達式K=____________；

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），改變反應溫度，CO2和CH4的平衡轉化率見圖甲。

同溫度下CO2的平衡轉化率________（填“大于”“小于”或“等于”）CH4的平衡轉化率。

（2）在密閉容器中通入物質的量均為0.1mol的CH4和CO2，在一定條件下發(fā)生反應CO2（g） + CH4（g） 2CO（g） + 2H2（g），CH4的平衡轉化率與溫度及壓強（單位Pa）的關系如圖乙所示。y點：v（正）_____v（逆）（填“大于”“小于”或“等于”）。已知氣體分壓（p分）=氣體總壓（p總）×氣體的物質的量分數(shù)。用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數(shù)Kp，求x點對應溫度下反應的平衡常數(shù)Kp=__________________。

III．根據(jù)2CrO42﹣+2H+ Cr2O72﹣+H2O設計如圖丙裝置（均為惰性電極）電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，圖丙中右側電極連接電源的__極，電解制備過程的總反應方程式為__。測定陽極液中Na和Cr的含量，若Na與Cr的物質的量之比為a：b，則此時Na2CrO4的轉化率為__。若選擇用熔融K2CO3作介質的甲醇（CH3OH）燃料電池充當電源，則負極反應式為__。

Answer 1

【答案】第二步 大于 大于 正 4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑ （2﹣）×100% CH3OH﹣6e﹣+3CO32﹣=4CO2+2H2O

【解析】

I．①已知總反應的快慢由慢的一步決定，

②由反應達平衡狀態(tài)，所以v1正=v1逆、v2正=v2逆，所以v1正×v2正=v1逆×v2逆，而正反應是放熱反應，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；

（2）①反應CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）是個氣體體積增大的反應，根據(jù)壓強對化學平衡的影響作答；

②CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g），利用三段式計算平衡時各組分物質的量，利用壓強之比等于物質的量之比計算平衡時總壓強，再計算各組分分壓，根據(jù)Kp= 計算；

III．右側電極生成H＋，則消耗OH－，發(fā)生氧化反應，右側為陽極，則左側為陰極，連接電源的負極；

根據(jù)反應方程式計算；

甲醇（CH3OH）在負極發(fā)生氧化反應。

I．①第二步：N2O2（g）+O2（g）═2NO2（g） （慢），主要是由第二步決定反應速率，

故答案為：第二步；

②由反應達平衡狀態(tài)，所以v1正=v1逆、v2正=v2逆，所以v1正×v2正=v1逆×v2逆，即k1正c2（NO）×k2正c（N2O2）c（O2）=k1逆c（N2O2）×k2逆c2（NO2），則是K= = ；

故答案為：；

II．（1）根據(jù)圖示可以看出，CO2發(fā)生了其他副反應，同溫度下CO2的平衡轉化率大于CH4的平衡轉化率，

故答案為：大于；

（2）①反應CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）是個氣體體積增大的反應，壓強越大，CH4的轉化率越小，由圖可知相同溫度下，P1條件下的轉化率大于P2，則P1小于P2；壓強為P2時，在Y點反應未達到平衡，則反應正向移動，所以v（正）＞v（逆），

故答案為：大于；

②由圖知道該溫度下X所處條件下平衡時甲烷的轉化率為50%，列三段式：

總物質的量=0.3mol，0.3總壓為P2，其平衡常數(shù)Kp==；

故答案為：；

III．根據(jù)2CrO42－+2H＋=Cr2O72－+H2O電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，應在酸性條件下進行，即右側電極生成H＋，則消耗OH－，發(fā)生氧化反應，右側為陽極，則左側為陰極，連接電源的負極，電解制備過程的總反應方程式為 4Na2CrO4+4H2O 2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑，設加入反應容器內的Na2CrO4為1mol，反應過程中有xmol Na2CrO4轉化為Na2Cr2O7，則陽極區(qū)剩余Na2CrO4為（1-x）mol，對應的n（Na）=2（1-x）mol，n（Cr）=（1-x）mol，生成的Na2Cr2O7為 mol，對應的n（Na）=xmol，n（Cr）=xmol，根據(jù)：Na與Cr的物質的量之比為a:b，解得x=2-，轉化率為=（2-）×100%，

若選擇用熔融K2CO3作介質的甲醇（CH3OH）燃料電池充當電源，則負極反應式為CH3OH-6e－+3CO32－=4CO2+2H2O，

故答案為：負； 4Na2CrO4+4H2O 2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑；（2-）×100%；CH3OH-6e－+3CO32－=4CO2+2H2O。