Question

【题目】数十年来，化学工作者对氮的氧化物、碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得一些重要成果。

I．已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：

第一步：2NO(g)N2O2(g) （快） H1<0；v1正=k1正c2(NO) ；v1逆=k1逆c(N2O2)

第二步：N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) （慢） H2< 0； v2正=k2正c(N2O2)c(O2)；v2逆=k2逆c2(NO2)

①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率主要是由_______（填“第一步”或“第二步”）反应决定。

②一定温度，反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K=____________；升高温度，K值_______（填“增大”、“减小”或“不变”）。

II．利用CO2和CH4重整不仅可以获得合成气（主要成分为CO、H2），还可减少温室气体的排放。

（1）已知重整过程中部分反应的热化方程式为：

① CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH>0

② CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH>0

③ CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g) ΔH<0

固定n(CO2)=n(CH4)，改变反应温度，CO2和CH4的平衡转化率见图甲。

同温度下CO2的平衡转化率________（填“大于”或“小于”）CH4的平衡转化率，其原因是_______________________________________________。

（2）在密闭容器中通入物质的量均为0.1mol的CH4和CO2，在一定条件下发生反应CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)，CH4的平衡转化率与温度及压强（单位Pa）的关系如图乙所示。则：

①压强：p1_____p2（填“>”、“=”、“<”，下同）；y点：v(正)_____v(逆)。

②已知气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体的物质的量分数。用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp，求x点对应温度下反应的平衡常数Kp=__________________。

（3）一定条件下Pd-Mg/SiO2催化剂可使CO2“甲烷化”从而变废为宝，其反应机理如图丙所示。该反应的化学方程式为____________________________________________。

（4）CO常用于工业上冶炼金属，图丁是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO2)]与温度(t)的关系曲线图。下列说法正确的是_________。

A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量

B．CO不适宜用于工业冶炼金属铬（Cr）

C．工业冶炼金属铜（Cu）时较低的温度有利于提高CO的利用率

D．CO还原PbO2的反应ΔH＞0

Answer 1

【答案】 第二步 减小 大于 CO2发生其他副反应 < > Pa2(单位可不写） CO2+4H2 CH4+2H2O BC

【解析】I．①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率主要是由反应速率慢的即第二步反应决定。②反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数表达式K=，达到平衡状态时正逆反应速率相等，k1正c2(NO) ＝k1逆c(N2O2)、k2正c(N2O2)c(O2)＝k2逆c2(NO2)，解得；正反应是放热反应，所以升高温度，平衡常数减小。

II．（1）根据图示可以看出，CO2发生了其他副反应，同温度下CO2的平衡转化率大于CH4的平衡转化率大于；（2）①正反应是体积增大的可逆反应，增大压强平衡向逆反应方向进行，甲烷的转化率降低，则根据图乙可判断压强：p1＜p2；y点要达到平衡状态，即要达到x点，甲烷的转化率增大，说明反应向正反应方向进行，因此v(正)＞v(逆)。②x点时甲烷的转化率是0.5，则

CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)

起始量（mol） 0.1 0.1 0 0

转化量（mol） 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡量（mol） 0.05 0.05 0.1 0.1

则x点对应温度下反应的平衡常数Kp=。（3）据信息：一定条件下Pd-Mg/SiO2催化剂可使CO2“甲烷化”，方程式为：CO2+4H2 CH4+2H2O；（4）A、通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，但不能改变平衡状态，因此不能减少尾气中CO的含量，A错误；B、由图象可知用CO工业冶炼金属铬时，lg[c(CO)/c(CO2)]一直很高，说明CO转化率很低，故不适合，B正确；C、由图象可知温度越低lg[c(CO)/c(CO2)]越小，故CO转化率越高，C正确；D、由图象可知CO还原PbO2的温度越高lg[c(CO)/c(CO2)]越高，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故△H＜0，D错误；答案选BC。