Question

【题目】碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。请回答下列问题：

（1）汽车尾气中的处理NO的方法也可用H2将NO还原为N2。

已知：

H2还原NO生成氮气和水蒸气的热化学方程是_______________________________。

（2）高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、H2、CO2等气体，利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇，是减少污染、节约能源的一种新举措，反应原理为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH。在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2mol H2，测得平衡混合物中CH3OH 的体积分数在不同压强下随温度的变化如图。

①上述合成甲醇的反应是__________________（填“吸热”或“放热”）反应，图像中的压强p1、p2的大小关系是_______________，判断的理由是________________________。

②从上图A、B、C三点中选填下表物理量对应最大的点（用“A”、“B”或“C”填写）。

反应速率V	平衡常数K	平衡转化率a
____________	_____________	_____________

③在300℃时，向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25molCH3OH。该平衡_________（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）移动。

（3）有利于提高CO平衡转化率的措施有_________________。

A.使用催化剂 B.投料比不变，增加CO的浓度

C.降低反应温度 D.通入He气体使体系的压强增大

（4）一定温度下，CO的转化率与起始投料比的变化关系如图所示，测得D点氢气的转化率为40%，则x=__________________。

Answer 1

【答案】 2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H1= -665 kJmol-1 放热 p1<p2 该正反应为气体分子数减小的反应，相同条件下增大压强甲醇的体积分数增大； C AB A 向正反应方向 C 3

【解析】(1)根据能量变化图，则反应断键共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以该反应共放出2797-2132=665kJ的热量，热化学方程式为2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)△H=-665 kJmol-1，故答案为：2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)△H=-665 kJmol-1；

(2)①根据图像，升高温度，CH3OH 的体积分数减少，平衡逆向移动，因此合成甲醇的反应放热反应；该反应后气体的物质的量减少，增大压强，平衡正向移动，CH3OH 的体积分数增大，因此图像中的压强p1＜p2，故答案为：放热；p1<p2；该正反应为气体分子数减小的反应，相同条件下增大压强甲醇的体积分数增大；

②压强越大、温度越高，化学反应速率越快，压强P2＞P1，温度C点最高，所以反应速率最快的是C点；化学平衡常数只与温度有关，根据图知，温度越高，甲醇含量越低，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，温度越高，化学平衡常数越小，C点温度高于A和B点且AB点温度相同，所以化学平衡常数最大的是AB；甲醇的含量越大，则反应物转化率越大，所以甲醇转化率最大的是A点，故答案为：C；AB；A；

③C点甲醇的体积分数为50%，即甲醇的物质的量分数为50%，设反应掉的n(CO)=xmol，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol) 1 2 0

反应(mol) x 2x x

平衡(mol) 1-x 2(1-x) x

×100%=50%，x=0.75，设容器体积为1L，则平衡时c(CH3OH)=0.75mol/L、c(CO)=0.25mol/L、c(H2)=0.50mol/L，化学平衡常数K==12，向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的 CH3OH，此时c(CH3OH)=1mol/L、c(CO)=0.50mol/L、c(H2)=1mol/L，浓度商==2＜K，则平衡正向移动，故答案为：向正反应方向；

(3)A.使用催化剂，平衡不移动，CO平衡转化率不变，错误；B.投料比不变，增加CO的浓度，CO的转化率降低，错误；C.降低反应温度，平衡正向移动，CO的转化率增大，正确；D.通入He气体使体系的压强增大，反应物和生成物的浓度不变，平衡不移动，CO的转化率不变，错误；故选C；

(4)设n(H2)=amol、n(CO)=bmol，氢气的转化率为40%、CO的转化率为60%，根据方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH知，参加反应的n(CO)为参加反应的n(H2)的一半，所以40%×amol=2bmol×60%， ==x=3，故答案为：3。