Question

乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業(yè)生產(chǎn)乙醇的一種反應(yīng)原理為：

2CO(g) + 4H₂(g) CH₃CH₂OH(g) + H₂O(g)  △H = —256.1 kJ·mol^－1

已知：CO(g) + H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)    △H= —41.2 kJ·mol^－1

（1）以CO₂(g)與H₂(g)為原料也可合成乙醇，其熱化學(xué)方程式如下：

2CO₂(g) +6H₂(g) CH₃CH₂OH(g) +3H₂O(g)   △H =          。

（2）汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。

①某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag– ZSM– 5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如下圖。若不使用CO，溫度超過800℃，發(fā)現(xiàn)NO的轉(zhuǎn)化率降低，其可能的原因?yàn)?u>         ；在n(NO)/n(C O)=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在      左右。

②用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C (s) +2NO₂(g)  N₂ (g) + CO₂ (g)。某研究小組向某密閉容器中加人足量的活性炭和NO，恒溫( T₁℃)條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol∙L－1 時間/min	NO	N2	CO2
0	1.00	0	0
20	0.40	0.30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.17

 

I．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，求反應(yīng)開始至20min以v(NO)表示的反應(yīng)速率為           (保留兩位有效數(shù)字)，T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為           (保留兩位有效數(shù)字)。

II．30min后，改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是            。下圖表示CO₂的逆反應(yīng)速率[v_逆(CO₂)]隨反應(yīng)時間的變化關(guān)系圖。請?jiān)趫D中畫出在30min改變上述條件時，在40min時刻再次達(dá)到平衡的變化曲線。

 

Answer 1

【答案】

（17分）

（1）—173.7kJ•mol^－1（3分）

（2）①該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行（2分）

900℃（2分）

②I．0.030mol•L^－1•mol^－1（3分，沒寫單位扣1分）    

0.56（3分）

II．減小CO₂的濃度（2分）

（2分）

作圖要點(diǎn)：起點(diǎn)在30min時v_逆(CO₂)的一半以下；終點(diǎn)不超過30min時v_逆(CO₂)

【解析】

試題分析：（1）將題目中出現(xiàn)的三個熱化學(xué)方程式依次編號為①②③，觀察可得①—②×2=③，根據(jù)蓋斯定律可知，③的焓變=①的焓變—②的焓變×2=—173.7kJ•mol^－1；（2）①若不使用CO，則反應(yīng)為2NO(g)N₂(g)+O₂(g)，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率增大，從開始反應(yīng)到達(dá)到平衡時，NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而逐漸增大，達(dá)到平衡后，再升高溫度，NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高逐漸減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度使平衡左移；有CO時，發(fā)生的不可逆反應(yīng)為CO+NON₂+CO₂，NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而逐漸增大，但是900℃→1000℃時NO的轉(zhuǎn)化率增大程度不大，但是生產(chǎn)成本卻會明顯增加，因此在n(NO)/n(C O)=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度為900℃；②I．讀表中信息可得，從反應(yīng)開始到20min，NO的變化濃度=(1.00—0.40) mol∙L^－1=0.60 mol∙L^－1，根據(jù)平均反應(yīng)速率的定義式可知，v(NO)=△c/△t=0.030mol•L^－1•mol^－1；由于固體物質(zhì)濃度是常數(shù)，不需要寫入平衡常數(shù)表達(dá)式，讀表中信息可知，20min時該反應(yīng)在T₁℃時達(dá)到平衡，則K=[c(CO₂)•c(N₂)]/c²(NO₂)=[0.30×0.30]/0.40²≈0.56；II．30min改變條件后，根據(jù)三行數(shù)據(jù)法可知：

                        C (s) +2NO₂(g)  N₂ (g) + CO₂ (g)

起始濃度/mol•L^－1               0.40        0.30    0.30

變化濃度/mol•L^－1               0.080       0.040   0.040

平衡濃度/mol•L^－1               0.32        0.34       0.34（2分）

由于二氧化碳的理論濃度比實(shí)際濃度大0.17mol/L，說明30min時從原平衡體系中移出了CO₂，減小CO₂的濃度；由于30min時生成物CO₂的濃度減少了一半，則v_逆(CO₂)立即減少一半，所以起點(diǎn)的橫坐標(biāo)為30min、縱坐標(biāo)為原平衡的一半；減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則v_逆(CO₂)逐漸增大，直到40min才達(dá)到新的平衡，但是此時CO₂的濃度比原平衡時小，因此v_逆(CO₂)比原平衡時小， 所以終點(diǎn)的橫坐標(biāo)為40min、縱坐標(biāo)比原平衡的一半大，但是比原平衡時小。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及蓋斯定律、溫度對平衡移動的影響、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)、根據(jù)反應(yīng)物配比及溫度對轉(zhuǎn)化率影響圖像確定反應(yīng)最佳溫度、平均反應(yīng)速率和平衡常數(shù)的計(jì)算、根據(jù)各組分的濃度時間變化表推斷引起平衡移動的因素、畫出逆反應(yīng)速率-時間圖像等。