Question

乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为：

2CO(g) + 4H₂(g) CH₃CH₂OH(g) + H₂O(g)  △H = —256.1 kJ·mol^－1

已知：CO(g) + H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)    △H= —41.2 kJ·mol^－1

（1）以CO₂(g)与H₂(g)为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：

2CO₂(g) +6H₂(g) CH₃CH₂OH(g) +3H₂O(g)   △H =          。

（2）汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。

①某研究小组在实验室以Ag– ZSM– 5为催化剂，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如下图。若不使用CO，温度超过800℃，发现NO的转化率降低，其可能的原因为         ；在n(NO)/n(C O)=1的条件下，应控制的最佳温度在      左右。

②用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C (s) +2NO₂(g)  N₂ (g) + CO₂ (g)。某研究小组向某密闭容器中加人足量的活性炭和NO，恒温( T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol∙L－1 时间/min	NO	N2	CO2
0	1.00	0	0
20	0.40	0.30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.17

 

I．根据表中数据，求反应开始至20min以v(NO)表示的反应速率为           (保留两位有效数字)，T₁℃时该反应的平衡常数为           (保留两位有效数字)。

II．30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是            。下图表示CO₂的逆反应速率[v_逆(CO₂)]随反应时间的变化关系图。请在图中画出在30min改变上述条件时，在40min时刻再次达到平衡的变化曲线。

 

Answer 1

【答案】

（17分）

（1）—173.7kJ•mol^－1（3分）

（2）①该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行（2分）

900℃（2分）

②I．0.030mol•L^－1•mol^－1（3分，没写单位扣1分）    

0.56（3分）

II．减小CO₂的浓度（2分）

（2分）

作图要点：起点在30min时v_逆(CO₂)的一半以下；终点不超过30min时v_逆(CO₂)

【解析】

试题分析：（1）将题目中出现的三个热化学方程式依次编号为①②③，观察可得①—②×2=③，根据盖斯定律可知，③的焓变=①的焓变—②的焓变×2=—173.7kJ•mol^－1；（2）①若不使用CO，则反应为2NO(g)N₂(g)+O₂(g)，随着温度的升高，反应速率增大，从开始反应到达到平衡时，NO转化为N₂的转化率随温度升高而逐渐增大，达到平衡后，再升高温度，NO的转化率随温度升高逐渐减小，说明正反应是放热反应，升高温度使平衡左移；有CO时，发生的不可逆反应为CO+NON₂+CO₂，NO的转化率随温度的升高而逐渐增大，但是900℃→1000℃时NO的转化率增大程度不大，但是生产成本却会明显增加，因此在n(NO)/n(C O)=1的条件下，应控制的最佳温度为900℃；②I．读表中信息可得，从反应开始到20min，NO的变化浓度=(1.00—0.40) mol∙L^－1=0.60 mol∙L^－1，根据平均反应速率的定义式可知，v(NO)=△c/△t=0.030mol•L^－1•mol^－1；由于固体物质浓度是常数，不需要写入平衡常数表达式，读表中信息可知，20min时该反应在T₁℃时达到平衡，则K=[c(CO₂)•c(N₂)]/c²(NO₂)=[0.30×0.30]/0.40²≈0.56；II．30min改变条件后，根据三行数据法可知：

                        C (s) +2NO₂(g)  N₂ (g) + CO₂ (g)

起始浓度/mol•L^－1               0.40        0.30    0.30

变化浓度/mol•L^－1               0.080       0.040   0.040

平衡浓度/mol•L^－1               0.32        0.34       0.34（2分）

由于二氧化碳的理论浓度比实际浓度大0.17mol/L，说明30min时从原平衡体系中移出了CO₂，减小CO₂的浓度；由于30min时生成物CO₂的浓度减少了一半，则v_逆(CO₂)立即减少一半，所以起点的横坐标为30min、纵坐标为原平衡的一半；减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动，则v_逆(CO₂)逐渐增大，直到40min才达到新的平衡，但是此时CO₂的浓度比原平衡时小，因此v_逆(CO₂)比原平衡时小， 所以终点的横坐标为40min、纵坐标比原平衡的一半大，但是比原平衡时小。

考点：考查化学反应原理，涉及盖斯定律、温度对平衡移动的影响、放热反应和吸热反应、根据反应物配比及温度对转化率影响图像确定反应最佳温度、平均反应速率和平衡常数的计算、根据各组分的浓度时间变化表推断引起平衡移动的因素、画出逆反应速率-时间图像等。