Question

【題目】碳、氮及其化合物在化工生產和國防工業中具有廣泛應用。請回答：

（1）科學家研究利用某種催化劑，成功實現將空氣中的碳氧化合物和氮氧化合物轉化為無毒的大氣循環物質。已知：

①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol1

②NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g) ΔH2=-235kJ·mol1

③2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH3=-112kJ·mol1

則反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的ΔH=__kJ·mol1，有利于提高CO平衡轉化率的條件是__（填標號）。

A.高溫低壓 B.低溫高壓 C.高溫高壓 D.低溫低壓

某溫度下，在體積為2L的容器中加入2molNO、2molCO，達到平衡時CO的轉化率是50%，其平衡常數為__。

（2）在密閉容器中充入10molCO和8molNO，發生反應，如下圖為平衡時NO的體積分數與溫度，壓強的關系。

①由圖判斷，溫度T1__T2（填“低于”或“高于”），理由是__？升高溫度時，下列關于該反應的平衡常數（K）和速率（v）的敘述正確的是__填標號）。

A.K、V均增加 B.K增加，v減小

C.K減小，V增加 D.K、V均減小

②壓強為20MPa、溫度為T2下，若反應進行到10min達到平衡狀態，容器的體積為2L，則此時CO的轉化率=__，用CO2的濃度變化表示的平均反應速率v(CO2)=__，該溫度下，如圖所示A、B、C對應的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)從大到小的順序為__。

③若在D點對反應容器降溫的同時縮小體積至體系壓強增大，重新達到的平衡狀態可能是圖中A～G點中的__點。

（3）用活化后的V2O5作催化劑，氨氣將NO還原成N2的一種反應歷程如圖所示。

測得該反應的平衡常數與溫度的關系為1gK=5.08+217.5/T，該反應是__反應(填“吸熱”或“放熱”)。該反應的含氮氣體濃度隨溫度變化如圖所示，則將NO轉化為N2的最佳溫度為__；當溫度達到700K時，發生副反應的化學方程式__。

Answer 1

【答案】-762 B 1 低于 )該反應為放熱反應，其他條件相同時，升高溫度有利于反應向逆反應方向移動，圖中T2對應的NO的體積分數更高，所以對應的溫度也更高 C 10% 0.05mol·(L·min)1 pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2) G 放熱 600K 4NH3+5O24NO+6H2O

【解析】

(1)由①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol1

②NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g) ΔH2=-235kJ·mol1

③2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH3=-112kJ·mol1

結合蓋斯定律可知，②×2＋③①得到反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)；有利于提高CO平衡轉化率的條件根據反應是放熱還是吸熱、該反應氣體體積縮小的角度進行分析；用“三段式”法分析反應后各物質的濃度，化學反應平衡常數K=；

(2)①該反應是放熱反應，溫度越高，平衡逆向移動，NO的體積分數越大；升高溫度時，反應向吸熱方向進行；

②用“三段式”法分析反應后各物質的濃度，計算CO的轉化率和用CO2的濃度變化表示的平均反應速率；該反應是氣體體積減小的反應，壓強越大，平衡正向移動，p(CO2)越大；

③D點對反應容器降溫的同時縮小體積至體系壓強增大，平衡正向移動，NO的體積分數減小；

(3)1gK＝5.08＋217.5/T，可知溫度越高，K越小；由圖可知600K最適合將NO轉化為N2，當溫度達到700K時NO較多。

(1)由①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol1

②NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g) ΔH2=-235kJ·mol1

③2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH3=-112kJ·mol1

結合蓋斯定律可知，②×2＋③①得到反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，其ΔH＝(235kJ/mol)×2＋(112kJ/mol)(＋180kJ/mol)＝762kJ/mol，則該反應是放熱反應、氣體體積縮小，有利于提高CO平衡轉化率的條件是低溫高壓；某溫度下，在體積為2L的容器中加入2molNO、2molCO，達到平衡時CO的轉化率是50%，列“三段式”得：

化學反應平衡常數K===1；

(2)①該反應為放熱反應，其他條件相同時，升高溫度有利于反應向逆反應方向移動，圖中T2對應的NO的體積分數更高，所以對應的溫度也更高，則溫度T1低于T2；升高溫度時，反應向吸熱方向進行，化學平衡常數減小，化學反應速率增加；

②壓強為20MPa、溫度為T2下，若反應進行到10min達到平衡狀態，NO體積分數為40%，容器的體積為2L，設平衡時c(N2)=xmol/L，用“三段式”法分析得：

=40%，解得x=0.25，CO的轉化率為=10%，v(CO2)= =0.05mol·(L·min)1；該反應是氣體體積減小的反應，壓強越大，平衡正向移動，p(CO2)越大，A、B、C對應的壓強依次增大，則A、B、C對應的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)從大到小的順序為pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2)；

③D點對反應容器降溫，平衡正向移動，縮小體積至體系壓強增大，平衡正向移動，NO的體積分數減小，重新達到的平衡狀態可能是圖中A～G點中的G點。

(3)lgK＝5.08＋217.5/T，可知溫度越高，K越小，則正反應為放熱反應；由圖可知，將NO轉化為N2的最佳溫度為600K，當溫度達到700K時，發生副反應的化學方程式為4NH3+5O24NO+6H2O。