Question

(15分)能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。

（1）氧化—还原法消除氮氧化物的转化：

①反应Ⅰ为：NO＋O₃＝NO₂＋O₂，生成11.2 L O₂(标准状况)时，转移电子的物质的量是      mol。

②反应Ⅱ中，当n(NO₂)∶n[CO(NH₂)₂]＝3∶2时，反应的化学方程式是          。

（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)  △H＝－41.8 kJ·mol－1已知：2SO2(g)＋O₂(g)2SO₃(g)  △H＝－196.6 kJ·mol－1写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式        。

（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是      。

（4）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；

①该反应平衡常数表达式为K＝              。

②已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0。

（5）合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)  △H<0。在容积均为VL的I、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是            ；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是        。

Answer

⑴①1（2分）②6NO2＋4CO(NH2)2＝7N2＋8H2O＋4CO2（2分）

⑵2NO(g)+O2(g) ＝ 2NO2(g) △H＝－113.0 kJ/mol（2分） ⑶NO－3e－＋2H2O＝NO3－＋4H+（2分）

⑷① c(CH3OCH3)×c3(H2O)]/[c2(CO2)×c6(H2) （2分） ② < （2分） ⑸Ⅲ（2分）；T1（1分）

【解析】

试题分析：（1）氧化—还原法消除氮氧化物的转化：

①标准状况下11.2L氧气的物质的量是0.5mol，则根据反应NO＋O3＝NO2＋O2可知生成11.2 L O2时，消耗NO是0.5mol。氮元素的化合价从＋2价升高到＋4价，失去2个电子，所以转移电子的物质的量是0.5mol×2＝1mol。

②反应Ⅱ中，当n(NO2)∶n[CO(NH2)2]＝3∶2时，根据原子守恒可知除了生成氮气外，还有CO2和水生成，所以反应的化学方程式是6NO2＋4CO(NH2)2＝7N2＋8H2O＋4CO2。

（2）已知：①NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g) △H＝－41.8 kJ·mol－1，②2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) △H＝－196.6 kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知②—①×2即可得到NO和O2反应生成NO2的热化学方程式2NO(g)+O2(g) ＝ 2NO2(g) △H＝－113.0 kJ/mol。

（3）原电池中负极失去电子，发生氧化反应，因此NO在负极通入失去电子转化为硝酸根，电极反应式是NO－3e－＋2H2O＝NO3－＋4H+。

（4）将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)；

①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据方程式可知该反应平衡常数表达式为K＝c(CH3OCH3)×c3(H2O)]/[c2(CO2)×c6(H2)。

②根据图像可知在投料比相同的条件下，升高温度CO2的转化率降低，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，所以正反应是放热反应，即该反应的ΔH<0。

（5）随着反应的进行CO逐渐被消耗，含量逐渐降低，当达到平衡状态以后CO的含量最低。由于正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，所以CO的含量又逐渐增大。根据图像可知I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中CO最高的是Ⅲ，最低的是Ⅱ，这说明温度由T1到T2时CO的含量降低，反应向正反应方向进行，即I一定没有达到平衡状态。温度由T2到T3时CO的含量升高，说明反应向逆反应方向进行，所以Ⅲ一定是平衡状态，而Ⅱ可能是平衡状态，所以一定达到化学平衡状态的是Ⅲ。温度低有利于CO的转化，所以若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是T1。

考点：考查氧化还原反应、盖斯定律、外界条件对平衡状态对影响和计算以及电极反应式等