Question

【題目】運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對(duì)緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義。

(1) 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中加入一定量的 活性炭和NO，發(fā)生 反應(yīng)C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)△H=QkJ/mol。 在T1℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間(min) 測得各物質(zhì)的濃度(mol/L) 如下：

濃度 時(shí)間	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①30min 后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是________(填字母編號(hào))

a.通入一定量的NO b.加入定量的活性炭

c.加入合適的催化劑 d.適當(dāng)縮小容器的體積

② 若30min后升高溫度至T2℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為3: 1: 1，則Q_____ 0 (填“>”或“<”<)。

(2) 某研究小組在實(shí)驗(yàn)室用某新型催化劑對(duì)CO、NO催化轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，則得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度、CO混存量的變化情況如下圖所示，利用以下反應(yīng)：NO+CON2+CO2( 有CO) 2NON2+ O2 (無CO)

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)? __________；在n(NO)/n(CO)= 1的條件下，應(yīng)控制最佳溫度在_______左右。

②用CxHy(烴)催化還原NOx也可消除氮氧化物的污染，寫出C2H6與NO2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________。

③以NO2、O2 熔融NaNO3__________________。

(3) 天然氣的一個(gè)重要用途是制取氫氣，其原理如下：

已知:① 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1

②CH4(g)+ 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H2

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H3

1)科學(xué)家提出一種利用天然氣制備氫氣的方法: CH4(g)+ CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=_____

2)這種方法的推廣與使用，不僅實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，而且還能解決環(huán)境問題是_________。

Answer 1

【答案】 ad ＜ 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 870℃ (850℃到900℃之間都可以) 4C2H6+ 14NO28CO2+7N2+12H2O NO2+ NO3--e-=N2O5 △H=△H2-△H1-△H3 減少溫室氣體排放，緩解溫室效應(yīng)

【解析】試題分析：本題考查圖像和圖表的分析，外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，原電池原理和電極反應(yīng)式的書寫。

（1）①根據(jù)表格20min和30min時(shí)各物質(zhì)的濃度分別對(duì)應(yīng)相等，20min時(shí)已經(jīng)達(dá)到平衡；40min和50min時(shí)各物質(zhì)的濃度分別對(duì)應(yīng)相等，40min時(shí)又再次達(dá)到平衡；30min時(shí)改變條件，達(dá)到新平衡時(shí)NO濃度增大為原來的0.600.50=1.2倍，N2和CO2的濃度增大為原來的0.30.25=1.2倍。a項(xiàng)，通入一定量NO，平衡正向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)NO、N2、CO2的濃度都可能為原來的1.2倍（由于C為固體，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)）；b項(xiàng)，加入定量活性炭，平衡不移動(dòng)，各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度不變；c項(xiàng)，加入合適催化劑，加快反應(yīng)速率，平衡不移動(dòng)，各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度不變；d項(xiàng)，適當(dāng)縮小容器體積，平衡不移動(dòng)，由于體積減小，達(dá)到新平衡時(shí)NO、N2、CO2的濃度都可能為原來的1.2倍；30min改變的條件可能是通入一定量的NO、適當(dāng)縮小容器的體積，答案選ad。

②30min時(shí)容器中NO、N2、CO2的濃度之比為0.50:0.25:0.25=2:1:1，升高溫度達(dá)到平衡時(shí)容器中NO、N2、CO2的濃度之比為3:1:1，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，Q0。

（2）①若不使用催化劑，發(fā)生的反應(yīng)為2NON2+O2，溫度超過775℃，NO的分解率降低，可能原因是：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度更有利于反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。根據(jù)圖像當(dāng)n（NO）/n（CO）=1時(shí)，870℃左右NO的轉(zhuǎn)化率最大，所以應(yīng)控制的最佳溫度在870℃左右。

②烴催化還原NOx可消除氮氧化物的污染，氮氧化物被還原為N2，則烴轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，C2H6與NO2反應(yīng)的化學(xué)方程式為4C2H6+14NO28CO2+12H2O+7N2。

③石墨II通入O2，石墨II為正極，石墨I為負(fù)極，Y是一種氧化物，NO2發(fā)生氧化反應(yīng)生成Y，Y為N2O5，電極反應(yīng)式為NO2-e-+NO3-=N2O5。

（3）應(yīng)用蓋斯定律，將②-①-③得，CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）ΔH=ΔH2-ΔH1-ΔH3。這種方法的推廣與使用，不僅實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，而且還能解決的環(huán)境問題是：減少溫室氣體的排放，緩解溫室效應(yīng)。