Question

18．能源、環(huán)境與人類生活和社會發(fā)展密切相關(guān)，研究它們的綜合利用有重要意義．

（1）氧化-還原法消除氮氧化物的轉(zhuǎn)化：NO$→_{反應(yīng)Ⅰ}^{O_{3}}$NO₂$→_{反應(yīng)Ⅱ}^{CO（NH_{2}）_{2}}$N₂
反應(yīng)Ⅰ為：NO+O₃═NO₂+O₂，生成11.2L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是1mol．反應(yīng)Ⅱ中，當(dāng)n（NO₂）：n[CO（NH₂）₂]=3：2時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+8H₂O+4CO₂．
（2）硝化法是一種古老的生產(chǎn)硫酸的方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了氮氧化物的循環(huán)轉(zhuǎn)化，主要反應(yīng)為：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1寫出NO和O₂反應(yīng)生成NO₂的熱化學(xué)方程式2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g），△H=-113.0kJ•mol^-1．
（3）某化學(xué)興趣小組構(gòu)想將NO轉(zhuǎn)化為HNO₃，裝置如圖1，電極為多孔惰性材料．則負(fù)極的電極反應(yīng)式是NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺．
（4）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）；
該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）c{\;}^{6}（H{\;}_{2}）}$．
已知在某壓強(qiáng)下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO₂的轉(zhuǎn)化率如圖2所示．該反應(yīng)的△H＜（填“大于”、“小于”或“等于”）0．
（5）合成氣CO和H₂在一定條件下能發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H＜0．在容積均為VL的I、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)相同密閉容器中分別充入amol CO和2a mol H₂，三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T₁、T₂、T₃且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)均進(jìn)行到t min時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)如圖3所示，此時(shí)I、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)容器中一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是Ⅲ；若三個(gè)容器內(nèi)的反應(yīng)都達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率最大的反應(yīng)溫度是T₁．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化合價(jià)的變化來確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)目；反應(yīng)方程式中，化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比；
（2）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，書寫熱化學(xué)方程式；
（3）在原電池的負(fù)極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
（4）根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)溫度對平衡的影響分析△H的符號；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)圖3中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，CO百分含量，Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，結(jié)合化學(xué)平衡移動分析解答；
根據(jù)溫度對平衡的影響來判斷，升高溫度平衡逆向移動，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�

解答 解：（1）NO+O₃═NO₂+O₂，生成1mol氧氣轉(zhuǎn)移電子是2mol，生成11.2L即0.5molO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是1mol，當(dāng)n（NO₂）：n[CO（NH₂）₂]=3：2，即NO₂和CO（NH₂）₂的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比是3：2，其方程式表示為：6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+8H₂O+4CO₂，
故答案為：1；6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+8H₂O+4CO₂；
（2）已知：①NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1；
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1，
由②-①×2得：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g），△H=-196.6kJ•mol^-1-2×（-41.8kJ•mol^-1）=-113.0 kJ•mol^-1，
故答案為：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g），△H=-113.0 kJ•mol^-1；
（3）將NO轉(zhuǎn)化為HNO₃的原電池中，負(fù)極上發(fā)生一氧化氮失電子的氧化反應(yīng)，即NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，
故答案為：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；
（4）反應(yīng)2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，所以平衡常數(shù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）c{\;}^{6}（H{\;}_{2}）}$，由圖2可知：溫度越高，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移，所以該反應(yīng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，即△H＜0，
故答案為：$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）c{\;}^{6}（H{\;}_{2}）}$；＜；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)圖3中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，CO百分含量由小到大依次為：Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，T₁中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T₂中的狀態(tài)，CO百分含量減小，說明平衡正向移動，說明T₁未達(dá)平衡狀態(tài)，T₂中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T₃中的平衡狀態(tài)，CO百分含量增大，說明平衡逆向移動，說明T₂可能達(dá)平衡狀態(tài)，一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是Ⅲ，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，若三個(gè)容器內(nèi)的反應(yīng)都達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，Ⅰ容器溫度最低，所以CO轉(zhuǎn)化率最大的反應(yīng)溫度是T₁，
故答案為：Ⅲ；T₁．

點(diǎn)評 本題考查的知識點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，涉及氧化還原反應(yīng)、化學(xué)方程式和電極反應(yīng)式的書寫、查蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)的計(jì)算、以及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算知識，難度較大．側(cè)重于影響平衡移動及平衡常數(shù)的因素的考查，注意知識的歸納和整理是關(guān)鍵．