Question

【题目】(1)为消除氮氧化物(NOx)的污染，可采用甲烷催化还原法:

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ/mol

则△H2=_________。

(2)甲醇催化脱氢可制得重要的化工产品——甲醛，制备过程中能量的转化关系如图所示。

①写出上述反应的热化学方程式______________。

②反应热大小比较:过程I______过程II（填“大于”、“小于”或“等于”）。

③上述反应过程中,需向体系中通入适量空气，控制条件消耗体系中的H2，既提高甲醛产率，同时使反应温度保持不变，则理论上n(CH3OH)：n(空气)=________。（已知:H2(g)+O2(g)==H2O(g) △H=-akJ/mol，空气中O2的体积分数为0.2)

(3)工业上常用CO、CO2和H2合成甲醇燃料，其原理为:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H>0

当混合气体的组成固定时，CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。图中的压强由大到小顺序为_____，判断理由是_____________；试解释CO平衡转化率随温度升高面减小的原因是__________________。

Answer 1

【答案】 -1160kJ/mol CH3OH(g)==HCHO(g)+H2(g) △H=+(E2-E1)kJ/mol 等于 P1>P2>P3 相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高 升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应②为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低

【解析】(1)已知：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ/mol

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ/mol

根据盖斯定律，由③×2-①得反应CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)则△H2=△H3×2-△H1=-867kJ/mol×2-（-574kJ/mol）= -1160kJ/mol；

（2）①根据图中信息可知，上述反应的热化学方程式为：CH3OH(g)==HCHO(g)+H2(g) △H=+(E2-E1)kJ/mol；②催化剂改变化学反应的活化能，但不能改变反应的焓变，故反应热大小比较:过程I等于过程II；

③ CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝+(E2－E1) kJ/mol

1 mol (E2－E1) kJ

n(CH3OH) mol n(CH3OH)(E2－E1) kJ

H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－a kJ/mol

0．5 mol a kJ

n(O2) mol 2an(O2) kJ

则n(CH3OH)(E2－E1)＝2an(O2)，即n(CH3OH)∶n(O2)＝，

则n(CH3OH)∶n(空气)＝；

（3）相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应②为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高，所以图中的压强由大到小为P1＞P2＞P3；反应①为放热反应，升高温度时，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应②为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；最终结果是随温度升高，使CO的转化率降低。