Question

【題目】氮、碳氧化物的排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。多年來(lái)化學(xué)工作者對(duì)氮、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(yīng)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）

①在兩步的反應(yīng)中，哪一步反應(yīng)的活化能更大___（填“第一步”或“第二步”）。

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

II．(1)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。已知重整過(guò)程中部分反應(yīng)的熱化方程式為：

① CH4（g）=C（s）+2H2（g） ΔH1＞0

② CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） ΔH2＞0

③ CO（g）+H2（g）=C（s）+H2O（g） ΔH3＜0

則反應(yīng)CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）的ΔH=______________________（用含 ΔH1 、ΔH2 、 ΔH3的代數(shù)式表示）若固定n（CO2）=n（CH4），改變反應(yīng)溫度，CO2和CH4的平衡轉(zhuǎn)化率見(jiàn)圖甲。

同溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率大于CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，原因是_________。

(2)在密閉容器中通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH4和CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CO2（g） + CH4（g） 2CO（g） + 2H2（g），CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)（單位Pa）的關(guān)系如圖乙所示。y點(diǎn)：v（正）_____v（逆）（填 “大于”“小于”或“等于”）。已知?dú)怏w分壓（p 分）=氣體總壓（p 總）× 氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?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(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=__________________。

III．根據(jù)2CrO42﹣+2H+ Cr2O72﹣+H2O設(shè)計(jì)如圖丙裝置（均為惰性電極）電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，圖丙中左側(cè)電極連接電源的_________極，電解制備過(guò)程的總反應(yīng)化學(xué)方程式為_________。測(cè)定陽(yáng)極液中Na和Cr的含量，若Na與Cr的物質(zhì)的量之比為a：b，則此時(shí)Na2CrO4的轉(zhuǎn)化率為_________。若選擇用熔融K2CO3作介質(zhì)的甲烷（CH4）燃料電池充當(dāng)電源，則負(fù)極反應(yīng)式為________________。

Answer 1

【答案】第二步 ΔH1 +ΔH2 -ΔH3 CO2發(fā)生了其他副反應(yīng) 大于 負(fù) 4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑ （2﹣）×100% CH4﹣8e﹣+4CO32﹣=5CO2+2H2O

【解析】

Ⅰ. ①總反應(yīng)的快慢由反應(yīng)慢的一步?jīng)Q定，慢反應(yīng)所需要的活化能更大，故答案為：第二步；

②因?yàn)榉磻?yīng)達(dá)到平衡狀態(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正c（N2O2），則，故答案為：；

Ⅱ.(1)將已知的三個(gè)反應(yīng)重新組合，反應(yīng)1+2-3，得到反應(yīng)CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g），根據(jù)蓋斯定律得ΔH=ΔH1 + ΔH2 - ΔH3，反應(yīng)方程式中CH4和CO2的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1:1，投料比也為1:1，因此二者轉(zhuǎn)化率應(yīng)該相同，但是所給的轉(zhuǎn)化率圖像中，CO2轉(zhuǎn)化率曲線高于CH4轉(zhuǎn)化率曲線，可能是CO2發(fā)生了一些副反應(yīng)造成的，故答案為：ΔH1 +ΔH2-ΔH3；CO2發(fā)生了其他副反應(yīng)；

(2) 反應(yīng)CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）是個(gè)氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，CH4的轉(zhuǎn)化率越小，由圖可知相同溫度下，P1條件下的轉(zhuǎn)化率大于P2，則P1小于P2，壓強(qiáng)為P2時(shí)，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動(dòng)，所以v(正)>v(逆)，由圖可知該溫度下X所處條件下的平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為50%，則有：

總物質(zhì)的量=0.3mol，總壓為P2，其平衡常數(shù)，故答案為：大于；；

Ⅲ. 根據(jù)2CrO42-+2H+===Cr2O72-+H2O，電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，應(yīng)在酸性條件下進(jìn)行，即右側(cè)電極生成H+，則消耗OH-，發(fā)生氧化反應(yīng)，右側(cè)為陽(yáng)極，則左側(cè)為陰極，電解電源的負(fù)極，電解制備過(guò)程的總反應(yīng)方程式為4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑，設(shè)加入反應(yīng)容器內(nèi)的Na2CrO4為1mol，反應(yīng)過(guò)程中有x mol Na2CrO4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7，則陽(yáng)極區(qū)剩余Na2CrO4為(1-x)mol，對(duì)應(yīng)的n(Na)=2(1-x)mol，n(Cr)=(1-x)mol，生成的Na2Cr2O7為mol，對(duì)應(yīng)的n(Na)=x mol，n(Cr)=x mol，根據(jù)Na與Cr的物質(zhì)的量之比為a:b，解得x=，轉(zhuǎn)化率為。

若選擇用熔融K2CO3作介質(zhì)的甲烷燃料電池充當(dāng)電源，則負(fù)極反應(yīng)式為CH4﹣8e﹣+4CO32﹣=5CO2+2H2O，故答案為；負(fù)；4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑；（2﹣）×100%；CH4﹣8e﹣+4CO32﹣=5CO2+2H2O。