Question

14．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對(duì)緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義．
（1）已知反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1中的相關(guān)化學(xué)鍵能如表：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O	C-H
E/（kJ•mol-1）	436	343	x	465	413

則x=1076．
（2）甲醇作為一種重要的化工原料，既可以作為燃料，還可用于合成其它化工原料．在一定條件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)原理可表示為：CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ•mol^-1．向體積為2L的密閉容器中充入2mol CH₃OH（g） 和2mol CO，測(cè)得容器內(nèi)的壓強(qiáng)（p：kPa）隨時(shí)間（min）的變化關(guān)系如圖1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改變的反應(yīng)條件是使用催化劑．
②反應(yīng)Ⅰ在5min時(shí)達(dá)到平衡，在此條件下從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時(shí)v（HCOOCH₃）=0.10mol•L^-1•min^-1．
③反應(yīng)Ⅱ在2min時(shí)達(dá)到平衡，平衡常數(shù)K（Ⅱ）=2L•mol^-1．在體積和溫度不變的條件下，在上述反應(yīng)達(dá)到平衡Ⅱ時(shí)，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH₃后v_（正）＜ v_（逆） （填“＞”“＜”“﹦”），原因是濃度商Qc=$\frac{1.5}{0.5•1}$=3＞2=K反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，故v（正）＜v（逆）．
④比較反應(yīng)Ⅰ的溫度（T₁）和反應(yīng)Ⅲ的溫度（T₃）的高低：T₁＞T₃（填“＞”“＜”“﹦”），判斷的理由是此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫，平衡向正向進(jìn)行（或反應(yīng)Ⅰ達(dá)平衡時(shí)所需的時(shí)間比反應(yīng)Ⅲ達(dá)平衡時(shí)所需的時(shí)間短，反應(yīng)速率快，故T1溫度更高）．
（3）超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層．科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂．某研究小組在實(shí)驗(yàn)室用某新型催化劑對(duì)CO、NO催化轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度、CO混存量的變化情況如圖2所示，利用以下反應(yīng)填空：
NO+CO?N₂+CO₂（有CO）  2NO?N₂+O₂（無CO）
①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)榇朔磻?yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行．
②在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應(yīng)控制最佳溫度在870℃左右．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①Ⅱ和Ⅰ相比，反應(yīng)速率加快，但化學(xué)平衡狀態(tài)一樣，應(yīng)為加催化劑；
②設(shè)生成HCOOCH₃的物質(zhì)的量為x，根據(jù)同溫同體積，氣體的壓強(qiáng)之比=物質(zhì)的量之比計(jì)算x，再有v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
③根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念計(jì)算K；再計(jì)算在體積和溫度不變的條件下，在上述反應(yīng)達(dá)到平衡Ⅱ時(shí)，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH₃后的Qc，與K比較可得；
④根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響結(jié)合反應(yīng)熱可得；
（3）①此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行
②由圖可知，$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1，870℃左右，NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率最大．

解答 解：（1））△H=436×2+x-3×413-343-465=-99kJ•mol^-1，解得x=1076；
故答案為：1076；
（2）①Ⅱ和Ⅰ相比，達(dá)到平衡所用時(shí)間較短，反應(yīng)速率加快，但化學(xué)平衡狀態(tài)一樣，應(yīng)為加催化劑；
故答案為：使用催化劑；
②向體積為2L的密閉容器中充入2mol CH₃OH（g） 和2mol CO，反應(yīng)Ⅰ在5min時(shí)達(dá)到平衡，設(shè)生成HCOOCH₃的物質(zhì)的量為x，由三段式：
       CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）
n始：2                      2               0
n轉(zhuǎn)：x                      x              x
n平：2-x                  2-x           x
同溫同體積，氣體的壓強(qiáng)之比=物質(zhì)的量之比，則$\frac{4}{2-x+2-x+x}=\frac{4}{3}$，解得x=1，則v（HCOOCH₃）=$\frac{1mol÷2L}{5min}$=0.10 mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.10 mol•L^-1•min^-1；
③反應(yīng)Ⅱ與反應(yīng)Ⅰ的平衡狀態(tài)相同，故K=$\frac{1mol÷2L}{（1mol÷2L）•（1mol÷2L）}$=2 L•mol^-1；再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH₃后，此時(shí)濃度商Qc=$\frac{3mol÷2L}{（1mol÷2L）（2mol÷2L）}$）=3＞2=K，反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，故v（正）＜v（逆）；
故答案為：2 L•mol^-1；＜；濃度商Qc=$\frac{1.5}{0.5•1}$=3＞2=K 反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，故v（正）＜v（逆）；
④此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫，平衡向正向進(jìn)行；
故答案為：＞；此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫，平衡向正向進(jìn)行（或反應(yīng)Ⅰ達(dá)平衡時(shí)所需的時(shí)間比反應(yīng)Ⅲ達(dá)平衡時(shí)所需的時(shí)間短，反應(yīng)速率快，故T1溫度更高）；
（3）①此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，NO的分解率降低；
故答案為：此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；
②由圖可知，$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1，870℃左右，NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率最大（或850℃～900℃之間都可以）；
故答案為：870℃（或850℃～900℃之間都可以）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鍵能與反應(yīng)熱的關(guān)系、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素、圖象的分析判斷，注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，對(duì)圖象的準(zhǔn)備分析，題目難度中等．