Question

【題目】研究氮、硫、碳及其化合物的轉(zhuǎn)化對于環(huán)境的改善有重大意義，可減少如霧霾天氣、酸雨、酸霧等環(huán)境污染問題。

（1）在一定條件下，CH4可與NOx反應除去NOx，已知有下列熱化學方程式：

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

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

（2）SO2經(jīng)過凈化后與空氣混合進行催化氧化可制取硫酸，其中SO2發(fā)生催化氧化的反應為：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。在一定溫度和壓強下，往一密閉容器通入SO2和O2 [其中n(SO2)：n(O2)= 2:1]，測得容器內(nèi)總壓強在不同溫度下與反應時間如圖1所示。

① 圖1中C點時，SO2的轉(zhuǎn)化率為_______。

② 圖1中B點的壓強平衡常數(shù)Kp=_______。(Kp=壓強平衡常數(shù)，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))

（3）已知4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-1800 kJ·mol-1，將2 mol NH3、3 mol NO的混合氣體分別置于a、b、c三個10 L恒容密閉容器中，使反應在不同條件下進行，反應過程中c(N2)隨時間的變化如圖2所示。

①與容器a中的反應相比，容器b中的反應改變的實驗條件可能是_______，判斷的依據(jù)是______________________________________。

②一定溫度下，下列能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是____

A．H2O(g)與NO的生成速率相等 B．混合氣體的密度保持不變

C．ΔH保持不變 D．容器的總壓強保持不變

（4）利用人工光合作用，借助太陽能使CO2和H2O轉(zhuǎn)化為HCOOH，如圖3所示，在催化劑b表面發(fā)生的電極反應為：_____________________________________。

Answer 1

【答案】 -875.3 66% 24300 升高溫度 容器b中反應達到平衡所需時間比容器a短，且平衡時c(N2)也比容器a小，平衡逆向移動 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

根據(jù)蓋斯定律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依據(jù)化學三行列式計算，設氧氣消耗物質(zhì)的量為x，

2SO2（g）+O2（g）2SO3

起始量（mol） 2a a 0

變化量（mol） 2x x 2x

平衡量（mol）2a﹣2x a﹣x 2x

圖中A點時，氣體物質(zhì)的量0.078，則=，x=0.66a，SO2的轉(zhuǎn)化率=×100%=66%；②圖中B點，依據(jù)化學三行列式計算，設氧氣消耗物質(zhì)的量為y，

2SO2（g）+O2（g）2SO3

起始量（mol） 2a a 0

變化量（mol） 2y y 2y

平衡量（mol）2a﹣2y a﹣y 2y

B點氣體物質(zhì)的量為 0.007，則=，y=0.9a，

平衡常數(shù)K==24300（MPa）﹣1；

（3）①容器b中反應達到平衡所需時間比容器a短，且平衡時c(N2)也比容器a小，平衡逆向移動，故與容器a中的反應相比，容器b中的反應改變的實驗條件可能升高溫度；②A．H2O(g)與NO的生成速率相等，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)；B．反應在恒容條件下進行且參與反應的氣體總質(zhì)量不變，則混合氣體的密度始終保持不變，混合氣體的密度保持不變不能說明達到平衡狀態(tài)；C．ΔH與化學方程式中各物質(zhì)系數(shù)、狀態(tài)、反應時溫度有關，可逆反應的焓變是完全反應時的焓變，所以不能證明反應過平衡；D．反應為氣體體積減小的反應，當容器的總壓強保持不變說明反應達到平衡狀態(tài)；答案選AD；（4）由圖示知，電子由催化劑a表面流向催化劑b表面，說明催化劑a為負極，催化劑b為正極，二氧化碳在催化劑b表面發(fā)生還原反應結(jié)合H＋生成HCOOH，電極反應為CO2+2H++2e-=HCOOH。