Question

【題目】近段時間，全國范圍內的霧霾天氣嚴重影響了人們的身體健康，環境問題越來越受到人們的重視。處理大氣中的污染物，打響“藍天白云”保衛戰是當前的重要課題。請回答下列問題：

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

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化為無毒無害的物質的熱化學方程式： _________

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

(3)工業上可采用CH3OHCO+2H2的方法來制取高純度的CO和H2。我國學者采用量子力學方法，通過計算機模擬，研究了在鈀基催化劑表面上甲醇制氫的反應歷程，其中吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標注。甲醇(CH3OH)脫氫反應的第一步歷程，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，甲醇裂解過程主要歷經的方式應為______ (填A、B)。

(4)如圖為計算機模擬的各步反應的能量變化示意圖。

該歷程中，放熱最多的步驟的化學方程式為________。

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熱；

(2)根據圖象，隨著溫度的升高，CO的轉化率降低，說明溫度升高不利于正反應；利用三段式計算T1時的平衡常數，根據溫度相同，平衡常數相同計算B點的體積；

(3)一般來說，活化能低化學反應速率快；

(4)反應熱=生成物的能量－反應物的能量，放熱最多，則能量差值最大。

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

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

狀態A和B溫度相同，體積與氣體的物質的量、壓強有關；狀態B中CO的轉化率比狀態A中的大，該反應是氣體體積減小的反應，說明狀態B，氣體的物質的量較小，此外在相同的溫度下，狀態B下，CO的轉化率大，說明反應正向移動，該反應為氣體體積減小的反應，說明P2>P1，狀態B，壓強大，氣體的物質的量小，則平衡狀態B時容器的體積<2L

；

在T2溫度下，達到平衡，利用狀態C來計算；CO的轉化率為0.5，利用三等式有

總壓強為P2，開始時CO的分壓為，達到平衡時，CO的分壓為，則用用CO的分壓變化表示的平均反應速率；

；

(3)一般來說，活化能低化學反應速率快，在相同的時間內，可以得到更多的產物，因此甲醇裂解過程主要經歷的方式應為A；

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