Question

【题目】运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

（1）已知反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-99kJ·mol-1中的相关化学键能如下：

则x=______________________。

（2）甲醇作为一种重要的化工原料，既可以作为燃料，还可用于合成其它化工原料。在一定条件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应原理可表示为：CH3OH(g) ＋CO(g) HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ·mol-1。向体积为2L的密闭容器中充入2mol CH3OH(g) 和2mol CO，测得容器内的压强(p：kPa)随时间(min)的变化关系如下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改变的反应条件是____________________。

②反应Ⅰ在5min时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时速率v(HCOOCH3)=__________。

③反应Ⅱ在2min时达到平衡，平衡常数K(Ⅱ) =__________。在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH3后v(正)_____v(逆)（填“﹥”“﹤”“﹦”），原因是_________________。

④比较反应Ⅰ的温度(T1)和反应Ⅲ的温度(T3)的高低：T1______T3（填“﹥”“﹤”“﹦”），判断的理由是________________。

（3）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2。某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，利用以下反应填空：

2NO+2CO N2+ 2CO2（有CO） 2NO N2+ O2（无CO）

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为____________________。

②在n（NO）/n（CO）=1的条件下，应控制的最佳温度在___左右．

A.670K B.770K C.870K D.970K．

Answer 1

【答案】 1076 Ⅱ中使用催化剂 0.10 mol·L-1·min-1 2 L·mol-1 ﹤ 浓度商Qc=1.5/(0.5×1)=3﹥2=K 反应向逆方向进行，故v(正) ﹤v(逆) ﹥ 此反应为放热反应，降温，平衡向正向进行（或反应Ⅰ达平衡时所需的时间比反应Ⅲ达平衡时所需的时间短，反应速率快，故T1温度更高） 此反应为放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行 C（或850~900之间都可以）

【解析】（1）ΔH=反应物的键能总和 - 生成物的键能总和，则ΔH=x+2436 kJ·mol-1-3413 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99kJ·mol-1，则x=1076。

（2）①由CH3OH(g) ＋CO(g) HCOOCH3(g)可知，该反应前后气体的分子数不同。由图像可知，Ⅱ和Ⅰ相比，其平衡状态的压强相同，说明这两个平衡是在相同温度下建立的，但建立平衡所用的时间不同，说明反应速率不同，所以改变的反应条件是：Ⅱ中使用催化剂。

②向体积为2L的密闭容器中充入2mol CH3OH(g) 和2mol CO，反应Ⅰ在5min时达到平衡，在此条件下CH3OH(g) ＋CO(g) HCOOCH3(g)从反应开始到达到平衡时，由图可知，反应前后的压强之比为4:3。在同温同体积条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，所以平衡时混合气体的总物质的量为3mol，气体的总变化量为1mol，由反应的化学方程式可知，HCOOCH3的平衡量等于气体的总变化量，即n(HCOOCH3)= 1 mol。因此，速率v(HCOOCH3)= = 0.10 mol·L-1·min-1。

③化学平衡常数只与温度有关，可以由平衡I的数据计算K(II)，平衡I体系中各组分的平衡浓度均为0.5mol/L。在相同温度下，反应Ⅱ在2min时达到平衡，平衡常数K(Ⅱ) = K(I)= 2 L·mol-1。在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH3后v(正) ﹤v(逆)，原因是：由浓度商Qc=1.5/(0.51)=3﹥2=K 可知，反应向逆方向进行，故v(正) ﹤v(逆)。

④反应Ⅰ的温度(T1)和反应Ⅲ的温度(T3)相比，T1﹥T3，判断的理由是：此反应为放热反应，降温可以使平衡向正反应方向移动，容器内气体的压强减小（或反应Ⅰ达平衡时所需的时间比反应Ⅲ达平衡时所需的时间短，反应速率快，故T1温度更高）。

（3）①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为：此反应为放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行。

②在n（NO）/n（CO）=1的条件下，由图可知，在870K左右，NO转化为N2的转化率达到最高，故应控制的最佳温度在870K左右，选C（或850~900之间都可以）．