Question

【題目】氮和碳的化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。

（1）已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)； ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)； ΔH＝－483.6 kJ·mol－1

則反應(yīng)2H2(g)＋2NO(g)===2H2O(g)＋N2(g)；ΔH＝__________。

（2）在壓強為0.1 MPa條件，將CO和H2的混合氣體在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)為CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0

①下列能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是________________。

a．混合氣體的密度不再變化 b．CO和H2的物質(zhì)的量之比不再變化

c．v(CO)=v(CH3OH) d．CO在混合氣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變

②T1℃時，在一個體積為5 L的恒壓容器中充入1 mol CO、2 mol H2，經(jīng)過5 min達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.75，則T1℃時，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=_______________________。

③在T1℃時，在體積為5 L的恒容容器中充入一定量的H2和CO，反應(yīng)達到平衡時CH3OH的體積分?jǐn)?shù)與n(H2)／n(CO)的關(guān)系如圖所示。溫度不變，當(dāng)時，達到平衡狀態(tài)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)可能是圖象中的___________點。

（3）用催化轉(zhuǎn)化裝置凈化汽車尾氣，裝置中涉及的反應(yīng)之一為：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

①探究上述反應(yīng)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強、溫度的關(guān)系，得到如圖1所示的曲線。催化裝置比較適合的溫度和壓強是___________。

②測試某型號汽車在冷啟動(冷啟動指發(fā)動機水溫低的情況下啟動)時催化裝置內(nèi)CO和NO百分含量隨時間變化曲線如圖2所示。則前10 s內(nèi)，CO和NO百分含量沒明顯變化的原因是____________。

（4）如圖所示的裝置能吸收和轉(zhuǎn)化NO2和SO2。

①陽極區(qū)的電極反應(yīng)式為___________________________。

②陰極排出的溶液中含S2O離子，能將NO2氣體轉(zhuǎn)化為無污染氣體，同時生成的SO可在陰極區(qū)再生。寫出該反應(yīng)的離子方程式：___________________________。

Answer 1

【答案】 －664.1 kJ·mol－1 ad 75 F 400K，1Mpa 尚未達到催化劑工作溫度或尚未達到反應(yīng)所需的溫度 SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋ 4S2O＋2 NO2＋8OH－=8SO＋N2＋4H2O

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律：第二個方程式減第一個方程式，整理后即可計算出該反應(yīng)的ΔH= －664.1 kJ·mol－1；正確答案：－664.1 kJ·mol－1。

（2）①在壓強不變的情況下，反應(yīng)前后混合氣體的總質(zhì)量不發(fā)生改變，氣體的總體積在發(fā)生變化，當(dāng)二者的比值不再發(fā)生改變時，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，a正確；CO和H2都為反應(yīng)物，在發(fā)生反應(yīng)時是按照1:2比例進行的，無 論 進 行 到 什 么 程 度，二 者的物質(zhì)的量之比不再變化，無法判斷反應(yīng)是否達平衡，b錯誤；v(CO)=v(CH3OH)沒 有 標(biāo) 出 速 率 的方向，無法判定，c錯誤；反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后，CO在混合氣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變，d正確。答案選ad。

② 因為CO的轉(zhuǎn)化率為0.75，所 以 反應(yīng) 中 消 耗 CO的 總 量為 0.75 mol，容器的體積為5 L。

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

起始量 1 2 0

變化量 0.75 1.5 0.75

平衡量 0.25 0.5 0.75

平衡濃度0.05 0.1 0.15

平衡常數(shù)= ，正確答案：300。

③溫度不變，當(dāng)時， 甲醇的體積分?jǐn)?shù)為最大值， 當(dāng)時，雖然增加了氫氣的濃度，平衡右移，甲醇的含量增加，但是混合氣體的總體積增加的多，導(dǎo)致CH3OH的體積分?jǐn)?shù)減少，應(yīng)該是圖象中的F點；正確選項F。

（3）①根據(jù)圖像可知，在壓強不變的情況下，該反應(yīng)溫度越低，NO的轉(zhuǎn)化率越大；當(dāng)反應(yīng)溫度在400K時，壓強為1 Mpa時，轉(zhuǎn)化率為90%，當(dāng)壓強增大到5 Mpa時，轉(zhuǎn)化率為95%，雖然轉(zhuǎn)化率有提高，但是壓強的增大，需 要 很 高 的 成本，不劃算，所以催化裝置比較適合的溫度和壓強是400K、1Mpa；答案為400K、1Mpa。

②需要控制在一定的溫度范圍內(nèi)，才能發(fā)揮催化劑的最大催化能力，則前10 s內(nèi)，尚未達到催化劑工作溫度或尚未達到反應(yīng)所需的溫度，所以CO和NO百分含量沒明顯變化；正確答案：尚未達到催化劑工作溫度或尚未達到反應(yīng)所需的溫度。

（4）①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO2失去電子被氧化為硫酸，根據(jù)電子守恒、電荷守恒、原子守恒規(guī)律，極反應(yīng)為SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋ ；正確答案為 SO2－2e－＋2H2O==SO＋4H＋。

②在堿性環(huán)境中，S2O離子中+3價硫元素被氧化為+4價的SO，NO2中+4價的氮元素被還原到0價，即為氮氣，無污染氣體，離子方程式為4S2O＋2 NO2＋8OH－ = 8SO＋N2

＋4H2O ； 正確答案：4S2O＋2 NO2＋8OH－ =8SO＋N2＋4H2O 。