Question

【题目】研究氮、硫、碳及其化合物的转化对于环境的改善有重大意义，可减少如雾霾天气、酸雨、酸雾等环境污染问题。

（1）在一定条件下，CH4可与NOx反应除去NOx，已知有下列热化学方程式：

①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1

②N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1

则CH4(g)＋2NO2(g)CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g)△H＝____kJ·mol-1；

（2）SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸，其中SO2发生催化氧化的反应为：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。在一定温度和压强下，往一密闭容器通入SO2和O2 [其中n(SO2)：n(O2)= 2:1]，测得容器内总压强在不同温度下与反应时间如图1所示。

① 图1中C点时，SO2的转化率为_______。

② 图1中B点的压强平衡常数Kp=_______。(Kp=压强平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)

（3）已知4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-1800 kJ·mol-1，将2 mol NH3、3 mol NO的混合气体分别置于a、b、c三个10 L恒容密闭容器中，使反应在不同条件下进行，反应过程中c(N2)随时间的变化如图2所示。

①与容器a中的反应相比，容器b中的反应改变的实验条件可能是_______，判断的依据是______________________________________。

②一定温度下，下列能说明反应已达到平衡状态的是____

A．H2O(g)与NO的生成速率相等 B．混合气体的密度保持不变

C．ΔH保持不变 D．容器的总压强保持不变

（4）利用人工光合作用，借助太阳能使CO2和H2O转化为HCOOH，如图3所示，在催化剂b表面发生的电极反应为：_____________________________________。

Answer 1

【答案】 -875.3 66% 24300 升高温度 容器b中反应达到平衡所需时间比容器a短，且平衡时c(N2)也比容器a小，平衡逆向移动 AD CO2+2H++2e-=HCOOH

【解析】（1）已知：①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1

②N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1

根据盖斯定律①-②-③×2可得：CH4(g)＋2NO2(g)CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g) △H=（-890.3kJmol-1）-（67.0kJmol-1）-（-41.0kJmol-1）×2=-875.3kJmol-1；

（2）①依据化学三行列式计算，设氧气消耗物质的量为x，

2SO2（g）+O2（g）2SO3

起始量（mol） 2a a 0

变化量（mol） 2x x 2x

平衡量（mol）2a﹣2x a﹣x 2x

图中A点时，气体物质的量0.078，则=，x=0.66a，SO2的转化率=×100%=66%；②图中B点，依据化学三行列式计算，设氧气消耗物质的量为y，

2SO2（g）+O2（g）2SO3

起始量（mol） 2a a 0

变化量（mol） 2y y 2y

平衡量（mol）2a﹣2y a﹣y 2y

B点气体物质的量为 0.007，则=，y=0.9a，

平衡常数K==24300（MPa）﹣1；

（3）①容器b中反应达到平衡所需时间比容器a短，且平衡时c(N2)也比容器a小，平衡逆向移动，故与容器a中的反应相比，容器b中的反应改变的实验条件可能升高温度；②A．H2O(g)与NO的生成速率相等，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态；B．反应在恒容条件下进行且参与反应的气体总质量不变，则混合气体的密度始终保持不变，混合气体的密度保持不变不能说明达到平衡状态；C．ΔH与化学方程式中各物质系数、状态、反应时温度有关，可逆反应的焓变是完全反应时的焓变，所以不能证明反应过平衡；D．反应为气体体积减小的反应，当容器的总压强保持不变说明反应达到平衡状态；答案选AD；（4）由图示知，电子由催化剂a表面流向催化剂b表面，说明催化剂a为负极，催化剂b为正极，二氧化碳在催化剂b表面发生还原反应结合H＋生成HCOOH，电极反应为CO2+2H++2e-=HCOOH。