Question

【題目】由H、C、N、O、S等元素形成多種化合物在生產生活中有著重要應用。

I.化工生產中用甲烷和水蒸氣反應得到以CO和H2為主的混合氣體，這種混合氣體可用于生產甲醇，回答下列問題:

（1）對甲烷而言，有如下兩個主要反應:

①CH4(g)+1/2O2(g)=CO(g)+2H2(g)△H1=-36kJ·mol-1

2CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H2=+216kJ·mol-1

若不考慮熱量耗散，物料轉化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO、H2，為維持熱平衡，年生產lmolCO,轉移電子的數目為______________________。

（2）甲醇催化脫氫可制得重要的化工產品一甲醛，制備過程中能量的轉化關系如圖所示。

①寫出上述反應的熱化學方程式________________________________。

②反應熱大小比較:過程I________過程II(填“大于”、“小于”或“等于”)。

II.（3）汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環保領城的重要課題。某研究性小組在實驗室以Ag-ZSM-5為催化劑，刪得NO轉化為N2的轉化率隨溫度變化情況如圖所示。若不使用CO，溫度超過775K，發現NO的分解率降低。其可能的原因為_____________________________________，

在n(NO)/n(CO)=1的條件下，為更好的除去NOx物質，應控制的最佳溫度在_______K左右。

（4）車輛排放的氮氧化物、煤燃燒產生的二氧化硫是導致霧霾天氣的“罪魁禍首”。活性炭可處理大氣污染物NO。在5L密閉容器中加入NO和活性炭(假設無雜質)，一定條件下生成氣體E和F。當溫度分別在T1℃和T2℃時，測得各物質平衡時物質的量(n/mol)如下表:

物質 溫度℃	活性炭	NO	E	F
初始	3.000	0.10	0	0
T1	2.960	0.020	0.040	0.040
T2	2.975	0.050	0.025	0.025

①寫出NO與活性炭反應的化學方程式_________________________________________；

②若T1<T2ΔH_________0(填“>”、“<”或“=”)；

③上述反應T1℃時達到化學平衡后再通入0.1mol NO氣體，則達到新化學平衡時NO的轉化率為______。

Answer 1

【答案】 6NA CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) ΔH=+(E2-E1)kJ/mol 等于 NO分解反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行(只寫升高溫度不利于反應進行也得滿分，其他合理說法也得分) 870(接近即可給分) C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g) < 80%

【解析】為維持熱平衡，①×6+②相加可得7CH4(g)+3O2(g)+H2O(g)=7 CO(g)+15H2(g) △H=0，反應中生成7molCO轉移電子總數42mol，所以產生lmolCO轉移的電子數為6NA；正確答案：6NA。

（2）①根據圖示所示，ΔH=生成物總能量-反應物總能量=(E2-E1)kJ/mol，反應的熱化學方程式為：CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) ΔH=+(E2-E1)kJ/mol；正確答案：CH3OH(g)=HCHO(g)+ H2(g) ΔH=+(E2-E1)kJ/mol。

②ΔH為E2和E1的差值，根據圖示可知 E2-E1的差值沒有發生變化，所以過程I和過程II反應熱相等；正確答案：相等。

（3）從圖像變化可以看出，當不使用CO時，溫度超過775K，發現NO的分解率降低，說明NO分解反應是放熱反應，升高溫度，平衡左移，不利于反應向右進行；正確答案：NO分解反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行(只寫升高溫度不利于反應進行也得滿分，其他合理說法也得分)。在n(NO)/n(CO)=1的條件下，為更好的除去NOx物質，要求NO轉化率越大越好，根據圖像分析，應控制的最佳溫度在870K左右；正確答案：870（接近即可給分)。

（4）①根據表中信息：反應物的變化量分別為：n(C)=0.04 mol，n(NO)=0.08 mol, n(E)= n(F) =0.04 mol；即各物質的系數之比為1:2:1:1，根據原子守恒規律可知反應的方程式為：C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)；正確答案：C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)。

②溫度為T1℃，n(NO)=0.08 mol,，溫度為T2℃，n(NO)=0.05 mol,，若T1<T2，升高溫度，平衡左移，n(NO)減少，該反應正反應為放熱反應；正確答案：<。

③T1℃時，容器的體積為5升，發生如下反應

C(s) + 2NO(g) CO2(g)+ N2(g)

起始量 3 0.1 0 0

變化量 0.04 0.08 0.04 0.04

平衡量 2.96 0.02 0.04 0.04

反應的平衡常數為K=c(N2) c(CO2)/ c2(NO)=(0.04/5)2/(0.02/5)2=4；上述反應T1℃時達到化學平衡后再通入0.1mol NO氣體，設反應生成CO2為xmol, 則：

C(s) + 2NO(g)CO2(g) + N2(g)

起始量 2.96 0.12 0.04 0.04

變化量 2x x x

平衡量 0.12-2x 0.04+ x 0.04+ x

由于溫度不變，平衡常數保持不變；[（0.04+ x）/5]2/[(0.12-2x)/5]2=4,解之x=0.04mol

則達到新化學平衡時NO的轉化率為（2×0.04）/0.1×100%=80%；正確答案：80%。