Question

【題目】減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣中的排放是環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一。合理應用和處理碳、氮及其化合物，在生產(chǎn)生活中有重要意義。

（1）對溫室氣體CO2的研究一直是科技界關(guān)注的重點。在催化劑存在下用H2還原CO2是解決溫室效應的重要手段之一。

已知：①H2和CH4的燃燒熱分別為285.5kJ/mol和890.0kJ/mol。

②H2O(1)=H2O(g) ΔH=+44kJ/mol

試寫出H2還原CO2生成CH4和H2O(g)的熱化學方程式__。

（2）CO2在CuZnO催化下，可同時發(fā)生如下的反應I、II，可作為解決溫室效應及能源短缺的重要手段。

I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-57.8kJ/mol

II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ/mol

在CuZnO存在的條件下，保持溫度T不變，在一剛性密閉容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及達平衡時，容器內(nèi)各氣體物質(zhì)的量如下表：

	CO2	H2	CH3OH	CO	H2O(g)	總壓/kPa
起始/mol	5.0	7.0	0	0	0	p0
平衡/mol			n1		n2	p

若反應I、II均達平衡時，p0=1.2p，則表中n1=__，此時n2=3.則反應I的平衡常數(shù)Kp=__(無需帶單位，用含總壓p的式子表示。已知：氣體各組分的分壓p(B)，等于總壓乘以其體積分數(shù))。

（3）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸，CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。250～300℃時，乙酸的生成速率降低的主要原因是__；300～400℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是__。

（4）用活性炭還原法可以處理氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH＞0在T℃時，反應進行到不同時間測得各物質(zhì)的量濃度如下：

時間/min	0	10	20	30	40	50
c(NO)/molL1	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
c(N2)/molL1	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
c(CO2)/molL1	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

30min后，只改變某一條件，根據(jù)上表的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是__填字母)。

A.通入一定量的CO2

B.加入合適的催化劑

C.適當縮小容器的體積

D.通入一定量的NO

E.加入一定量的活性炭

F.適當升高溫度

Answer 1

【答案】CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－164kJ·mol－1 1.0mol 溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，化學反應速率降低 溫度升高，化學反應速率加快 CD

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律書寫H2還原CO2生成CH4和H2O(g)的熱化學方程式；

（2）CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反應前后氣體物質(zhì)的量不變，平衡后壓強減小，是因為發(fā)生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，根據(jù)物質(zhì)的量比等于壓強比計算反應生成甲醇的物質(zhì)的量；

（3）根據(jù)圖示，溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；溫度升高，化學反應速率加快；

（4）該反應是反應前后氣體體積不變的反應，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后各物質(zhì)濃度增大。

（1）由H2和CH4的燃燒熱分別為285.5kJ/mol和890.0kJ/mol。可知

①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol ；

②CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.0kJ/mol；

③H2O(1)=H2O(g) ΔH=+44kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律①×4＋③×2－②得CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－164kJ·mol－1 ；

（2）反應前氣體的物質(zhì)的量是12mol，壓強為p0=1.2p，反應后氣體壓強變?yōu)?/span>P，則反應后氣體的物質(zhì)的量是12=10mol，設生成甲醇的物質(zhì)的量是n1，

所以n1=1；則該反應生成水1mol，消耗CO2 1mol、消耗H2 3mol，此時n2=3，則CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反應生成2mol H2O ，消耗2mol CO2、消耗2mol H2，所以容器中CO2、H2的物質(zhì)的量分別是2mol、2mol；反應I的平衡常數(shù)Kp= ；

（3）溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低； 溫度升高，增大活化分子的百分數(shù)，化學反應速率加快，所以300～400℃時，乙酸的生成速率升高；

（4）A.通入一定量的CO2，平衡逆向移動，平衡后N2濃度減小，故不選A；

B.加入合適的催化劑，平衡不移動，各物質(zhì)濃度不變，故不選B；

C.適當縮小容器的體積，各物質(zhì)濃度均同種程度增大，故選C；

D.通入一定量的NO，相當于加壓，各物質(zhì)濃度均同種程度增大，故選D；

E.加入一定量的活性炭，加入固體，平衡不移動，氣體濃度不變，故不選E；

F.正反應吸熱，適當升高溫度，平衡正向移動，NO濃度降低，故不選F。