Question

【題目】處理、回收CO是環(huán)境科學(xué)家研究的熱點(diǎn)課題。

（1）CO用于處理大氣污染物N2O所發(fā)生的反應(yīng)為N2O（g）+CO（g）CO2（g）+N2（g） △H。幾種物質(zhì)的相對(duì)能量如下：

①△H=___________ kJ·mol－1。改變下列“量”，一定會(huì)引起△H發(fā)生變化的是___________（填代號(hào)）

A.溫度 B.反應(yīng)物濃度 C.催化劑 D.化學(xué)計(jì)量數(shù)

②有人提出上述反應(yīng)可以用“Fe+”作催化劑。其總反應(yīng)分兩步進(jìn)行：

第一步：Fe++N2O===FeO++N2；第二步：____________（寫化學(xué)方程式）。

第二步步反應(yīng)不影響總反應(yīng)達(dá)到平衡所用時(shí)間，由此推知，第二步反應(yīng)速率_____第一步反應(yīng)速率（填“大于”或“等于”）。

（2）在實(shí)驗(yàn)室，采用I2O5測(cè)定空氣中CO的含量。在密閉容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO，發(fā)生反應(yīng)：I2O5 （s）+5CO（g）5CO2（g）+I2（s）。測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率如圖1所示。

①相對(duì)曲線a，曲線b僅改變一個(gè)條件，改變的條件可能是________。

②在此溫度下，該可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________（用含x的代數(shù)式表示）。

（3）工業(yè)上，利用CO和H2合成CH3OH。在1L恒容密閉容器中充入1 mol CO（g）和 n molH2，在250℃發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），測(cè)得混合氣體中CH3OH的體積分?jǐn)?shù)與H2的物質(zhì)的量的關(guān)系如圖2所示。在a、b、c、d點(diǎn)中，CO的平衡轉(zhuǎn)化率最大的點(diǎn)是___________。

（4）有人提出，利用2CO（g）===2C（s）+O2（g）消除CO對(duì)環(huán)境的污染，你的評(píng)價(jià)是___________（填“可行”或“不可行”）

（5）CO－空氣堿性燃料電池（用KOH作電解質(zhì)），當(dāng)恰好完全生成KHCO3時(shí)停止放電。寫出此時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式：_________。

Answer 1

【答案】-365 D FeO＋＋CO=Fe＋＋CO2 大于 加入催化劑（或增大壓強(qiáng)） d 不可行 CO－2e－＋3OH－=HCO3－＋H2O

【解析】

（1）△H=生成物所具有的總能量-反應(yīng)物所具有的總能量；

①反應(yīng)熱只與具體反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)。與溫度、壓強(qiáng)、催化劑、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)物濃度等無(wú)關(guān)。

②根據(jù)催化劑定義，第二步反應(yīng)對(duì)總反應(yīng)速率沒(méi)有影響，說(shuō)明第一步是慢反應(yīng)，控制總反應(yīng)速率。

（2）①對(duì)于氣體分子數(shù)相同的反應(yīng)，加壓可以增大濃度，正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)增大；加入催化劑，正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)增大，平衡不移動(dòng)；

②根據(jù)平衡常數(shù)定義計(jì)算；

（3）圖2中，b點(diǎn)代表平衡點(diǎn)，增大H2、CO的投料比，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故d點(diǎn)CO的平衡轉(zhuǎn)化率最大。

（4）該反應(yīng)是焓增、熵減反應(yīng)，任何溫度下自由能大于0，任何溫度下不能自發(fā)進(jìn)行，故不可行。

（5）負(fù)極上CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成KHCO3。

（1）△H=生成物所具有的總能量-反應(yīng)物所具有的總能量=（393.5+0-475.5-283） kJ·mol－1=-365 kJ·mol－1；

①反應(yīng)熱只與具體反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)。與溫度、壓強(qiáng)、催化劑、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)物濃度等無(wú)關(guān)。

②根據(jù)催化劑定義，第二步反應(yīng)中，中間產(chǎn)物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被還原成Fe+，第二步反應(yīng)對(duì)總反應(yīng)速率沒(méi)有影響，說(shuō)明第一步是慢反應(yīng)，控制總反應(yīng)速率。

（2）①曲線b和曲線a的平衡狀態(tài)相同，曲線b反應(yīng)速率較大，對(duì)于氣體分子數(shù)相同的反應(yīng)，加壓可以增大濃度，正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)增大；加入催化劑，正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)增大，平衡不移動(dòng)；

②設(shè)CO的起始濃度為c(對(duì)于等氣體分子數(shù)反應(yīng)，體積始終不變)，平衡時(shí)，c(CO)=(1-x)cmol·L－1，c(CO2)=xcmol·L－1，K=c5(CO2)/c5(CO)=。

（3）圖2中，b點(diǎn)代表平衡點(diǎn)，增大H2、CO的投料比，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大。

（4）該反應(yīng)是焓增、熵減反應(yīng)，任何溫度下自由能大于0，任何溫度下不能自發(fā)進(jìn)行，故不可行。

（5）負(fù)極上CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成KHCO3，負(fù)極的電極反應(yīng)式：CO－2e－＋3OH－=HCO3－＋H2O。