Question

【題目】(1)汽車尾氣中的CO、NOx、碳氫化合物是大氣污染物。使用稀土等催化劑能將CO、NO轉化成無毒物質。

已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221 kJ/mol

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5 kJ/mol

寫出NO(g)與CO(g)催化轉化成N2(g)和CO2(g)的熱化學方程式為： _______________。

(2)工業(yè)上可以在恒容密閉容器中采用下列反應制備甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，下表所列數(shù)據為該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)：

溫度/℃	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

①反應的平衡常數(shù)表達式為K=______。由上表數(shù)據判斷，該反應的△H_______ 0(填“＞”、“＝”或“＜”)。升高溫度，正反應速率________填“增大”、“減小”或“不變”)。

②某溫度下，將2molCO和6molH2充入一個容積為2L的密閉容器中，達到平衡時c(H2)=1.4mol/L，則CO的轉化率為_______，此時的溫度為_______。

③欲提高CO的轉化率，可采取的措施是______ 。(填序號)

A.升溫 B.加入更高效的催化劑 C.恒容條件下充入CO

D.恒容條件下充入H２ E.恒容條件下充入氦氣 F.及時移走CH3OH

Answer 1

【答案】2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol < 增大 80% 250℃ DF

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將三個熱化學方程式疊加，就可得到相應反應的熱化學方程式；

(2)①根據平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比得化學平衡常數(shù)表達式；根據升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，結合溫度與平衡常數(shù)、化學反應速率及反應放熱、吸熱關系分析解答；

③化學平衡向右移動可以提高CO的轉化率，但是不能加入CO。

(1)①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol

②2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221 kJ/mol

③C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5 kJ/mol

③×2-②-①，整理可得2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=746.5kJ/mol；

(2)①由于平衡常數(shù)等于可逆反應達到平衡狀態(tài)時，各生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，可得該反應的化學平衡常數(shù)表達式K=；根據表格的溫度與平衡常數(shù)的關系可知：升高溫度，平衡常數(shù)減小，說明升高溫度，平衡逆向移動。根據平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，逆反應方向為吸熱反應，所以該反應的正反應為放熱反應，故△H<0；升高溫度，分子的內能增加，分子之間的有效碰撞次數(shù)增加，因此正反應速率增大；

②可逆反應： CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

c(開始)(mol/L) 1 3 0

c(變化)(mol/L) 0.8 1.6 0.8

c(平衡)(mol/L) 0.2 1.4 0.8

則CO的平衡轉化率=×100%=80%，該溫度下的化學平衡常數(shù)K===2.041，所以實驗溫度是250℃；

③A.升溫，化學平衡逆向移動，使CO的轉化率減小，A錯誤；

B.加入更高效的催化劑，化學平衡不移動，物質的轉化率不變，B錯誤；

C.恒容條件下充入CO，會使CO轉化率減小，C錯誤；

D.恒容條件下充入H2，可以使平衡右移，CO轉化率增大，D正確；

E.恒容條件下充入氦氣，不能使化學平衡發(fā)生移動，因此CO的轉化率不變，E錯誤；

F.及時移走CH3OH，即減小生成物的濃度，平衡正向移動，CO轉化率增大，F正確；

故合理選項是DF。