Question

19．氢、碳、氮、氧三种元素可组成许多重要的化合物．
（1）一定温度下，在密闭容器中反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0达到平衡．其他条件不变时，下列措施能提高NO₂转化率的是BC（填字母）．
A．减小NO₂的浓度    B．降低温度    C．增加NO₂的浓度    D．升高温度
（2）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水发生下列反应：
N₂（g）+3H₂O（1）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=a kJ/mol^-1
为进一步研究NH₃生成量与温度的关系，测得常压下达到平衡时部分实验数据如下表：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0

此合成反应的a＞0；△s＞0，（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）利用液氨合成尿素的反应在进行时分为如下两步．第一步：2NH₃+CO_2?H₂NCOONH₄，第二步：H₂NCOONH_4?H₂O+H₂NCONH₂．在一体积为0.5L密闭容器中投入4.0mol液氨和1.0mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如图1所示：
①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第2步反应决定，总反应进行到约55 min时到达平衡．
②反应进行到l0min时测得CO₂的物质的量如图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）=0.148 mol/（L•min）．
（4）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定条件下，该反应中CO₂的平衡转化率随温度、投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的变化曲线如图2：
①在其他条件不变时，请在上图中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n（H₂）/n（CO₂）]变化的曲线图．

（5）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题．
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的热化学方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-810.1kJ/mol．
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的．右图是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图．写出上述光电转化过程的化学反应方程式2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂．催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是a→b（填a→b或b→a）．

Answer 1

分析 （1）该反应是反应前后气体体积减小的、放热的可逆反应，要提高二氧化氮的转化率，只要改变条件使化学平衡向正反应方向移动即可；
（2）由表中数据可知，升高温度，NH₃生成量增大，说明平衡向正反应方向移动，结合反应方程式中各物质的聚集状态解答；
（3）①已知总反应的快慢由慢的一步决定，结合图象变化趋势，图象表达反应的判断，反应快慢可以依据第一步和第二步反应的曲线斜率比较大小；当氨基甲酸铵、尿素物质的量不再变化时，反应达到平衡；
②根据图象中二氧化碳在10 min时测得CO₂的物质的量计算出用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）；
（4）根据化学方程式的系数进行回答；
（5）①根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式；
②根据体系中进入的物质和得到的物质获得反应物和生成物，利用氧化还原方程式的配平写出化学方程式；根据溶液中阳离子的移动判断电子的流向．

解答 解：（1）该反应是反应前后气体体积减小的、放热的可逆反应，要使该反应向正反应方向移动，可改变反应物的浓度、体系的压强、温度等．
A、减小N0₂的浓度，平衡向逆反应方向移动，N0₂的转化率降低，故A错误；
B．降低温度，平衡向正反应方向移动，N0₂的转化率提高，故B正确；
C．增加N0₂的浓度，平衡向正反应方向移动，且体系压强增大，也利于反应向正反应方向移动，故C正确；
D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，N0₂的转化率降低，故D错误；
故答案为：BC；
（2）由表中数据可知，升高温度，NH₃生成量增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应应为吸热反应，a＞0，由方程式可知反应生成气体的物质的量增多，则△S＞0，故答案为：＞；＞；
（3）①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二部反应，从曲线斜率不难看出第二部反应速率慢，所以已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第二步决定，由图象变化可知当进行到55分钟时，反应达到平衡，
故答案为：2；55；
②反应进行到10 min时测得CO₂的物质的量为0.26mol，二氧化碳的浓度变化为：c（CO₂）=$\frac{1mol-0.26mol}{0.5L}$=1.48mol/L，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）=$\frac{1.48mol/L}{10min}$=0.148 mol/（L•min），
故答案为：0.148 mol/（L•min）；
（4）CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，根据反应知道当体积比是3的时候，甲醚的体积分数最大，如下图所示：
，故答案为：；
（5）①已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
根据盖斯定律，①-②可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）=-810.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-810.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-810.1kJ/mol；
②体系中进入的物质为：CO₂和H₂O，则反应物为：CO₂和H₂O，得到的物质为：HCOOH和O₂，生成物为：HCOOH和O₂，利用氧化还原方程式的配平写出化学方程式为：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；体系中氢离子从a→b，则电流的方向为：b→a，电子的流向为a→b，故答案为：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；a→b．

点评 本题考查化学平衡计算、反应热计算、影响化学平衡因素分析判断，注意利用电子转移守恒计算，掌握基础是解题关键，难度中等．