Question

【題目】近段時(shí)間，全國范圍內(nèi)的霧霾天氣嚴(yán)重影響了人們的身體健康，環(huán)境問題越來越受到人們的重視。處理大氣中的污染物，打響“藍(lán)天白云”保衛(wèi)戰(zhàn)是當(dāng)前的重要課題。請回答下列問題：

(1)汽車尾氣中含有較多的NOx和CO，兩種氣體均會(huì)使人體中毒。可以利用如下化學(xué)方法將其轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)。

已知：N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH＝＋180 kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH＝－564 kJ·mol－1

請寫出把汽車尾氣轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)的熱化學(xué)方程式： _________

(2)CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在密閉容器中充有2mol CO和4molH2，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，改變條件，測得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。則該反應(yīng)為______反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為2L，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積為_______2L(填“>”、“=”或“<”)。該反應(yīng)T2溫度下，若反應(yīng)進(jìn)行到1 min達(dá)到平衡狀態(tài)，用CO的分壓變化表示的平均反應(yīng)速率vp(CO)＝_______ kPa·min-1，此時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=_____(Kp是以分壓表示的平衡常數(shù)，某氣體的分壓＝氣體總壓強(qiáng)×該氣體的體積分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)))。

(3)工業(yè)上可采用CH3OHCO+2H2的方法來制取高純度的CO和H2。我國學(xué)者采用量子力學(xué)方法，通過計(jì)算機(jī)模擬，研究了在鈀基催化劑表面上甲醇制氫的反應(yīng)歷程，其中吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。甲醇(CH3OH)脫氫反應(yīng)的第一步歷程，有兩種可能方式：

方式 A：CH3OH* →CH3O* ＋H* Ea= +103.1kJ·mol-1

方式 B：CH3OH* →CH3* ＋OH* Eb= +249.3kJ·mol-1

由活化能E值推測，甲醇裂解過程主要?dú)v經(jīng)的方式應(yīng)為______ (填A、B)。

(4)如圖為計(jì)算機(jī)模擬的各步反應(yīng)的能量變化示意圖。

該歷程中，放熱最多的步驟的化學(xué)方程式為________。

Answer 1

【答案】2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1 放熱 < A CHO*＋3H*==CO*＋4H*

【解析】

(1)利用蓋斯定律求反應(yīng)熱；

(2)根據(jù)圖象，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明溫度升高不利于正反應(yīng)；利用三段式計(jì)算T1時(shí)的平衡常數(shù)，根據(jù)溫度相同，平衡常數(shù)相同計(jì)算B點(diǎn)的體積；

(3)一般來說，活化能低化學(xué)反應(yīng)速率快；

(4)反應(yīng)熱=生成物的能量－反應(yīng)物的能量，放熱最多，則能量差值最大。

(1)汽車尾氣中含有NO和CO轉(zhuǎn)化為無毒的N2和CO2，化學(xué)方程式為2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)，可由反應(yīng)2－反應(yīng)1；則△H=－564 kJ·mol－1-(＋180 kJ·mol－1)= -744 kJ·mol－1，則熱化學(xué)方程式為2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1；

(2) 根據(jù)圖象，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

狀態(tài)A和B溫度相同，體積與氣體的物質(zhì)的量、壓強(qiáng)有關(guān)；狀態(tài)B中CO的轉(zhuǎn)化率比狀態(tài)A中的大，該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，說明狀態(tài)B，氣體的物質(zhì)的量較小，此外在相同的溫度下，狀態(tài)B下，CO的轉(zhuǎn)化率大，說明反應(yīng)正向移動(dòng)，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，說明P2>P1，狀態(tài)B，壓強(qiáng)大，氣體的物質(zhì)的量小，則平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積<2L

；

在T2溫度下，達(dá)到平衡，利用狀態(tài)C來計(jì)算；CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，利用三等式有

總壓強(qiáng)為P2，開始時(shí)CO的分壓為，達(dá)到平衡時(shí)，CO的分壓為，則用用CO的分壓變化表示的平均反應(yīng)速率；

；

(3)一般來說，活化能低化學(xué)反應(yīng)速率快，在相同的時(shí)間內(nèi)，可以得到更多的產(chǎn)物，因此甲醇裂解過程主要經(jīng)歷的方式應(yīng)為A；

(4)反應(yīng)熱=生成物的能量－反應(yīng)物的能量，放熱最多，則生成物的能量與反應(yīng)物的能量差值最大。根據(jù)圖示，過渡態(tài)Ⅳ兩端的中間產(chǎn)物，能量差值最大，放熱最多；方程式為CHO*＋3H*==CO*＋4H*。