Question

【题目】运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

（1）甲醇作为一种重要的化工原料，既可以作为燃料，还可用于合成其它化工原料。在一定条件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应原理可表示为：CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g) △H＝－29.1kJ/mol。向体积为2 L的密闭容器中充入2mol CH3OH(g)和2molCO，测得容器内的压强(p：kPa)随时间(min)的变化关系如下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改变的反应条件是 。

②反应Ⅰ在5 min时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时v(HCOOCH3)＝ 。

③反应Ⅱ在2 min时达到平衡，平衡常数K(Ⅱ)＝ 。在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入1 mol CO和2mol HCOOCH3后v(正)______ v(逆)(填“＞”“＜”“＝”)，原因是________________。

④比较反应Ⅰ的温度(T1)和反应Ⅲ的温度(T3)的高低：T1 T3(填“＞”“＜”“＝”)，判断的理由是_____________________________。

（2）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2。某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，利用以下反应填空：NO＋CON2＋CO2（有CO） 2NON2＋O2（无CO）

①若不使用CO，温度超过775 ℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为 ；

②在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制最佳温度在 左右。

Answer 1

【答案】

（1）①Ⅱ中使用催化剂（1分）

②0.10mol/(L·min) （2分）

③2（1分） ＜（1分）

浓度商Qc＝＞2＝K，反应向逆反应方向进行，故v(正)＜v(逆) （2分）

④＞（1分）

此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动(或者反应Ⅰ达平衡时所用的时间比反应Ⅲ达平衡时所用的时间短，化学反应速率快，故T1温度更高) （2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）

②870℃(850℃到900℃之间都可以) （2分）

【解析】

试题分析：

（1）①Ⅱ和Ⅰ相比反应速率加快，但不影响平衡移动，正反应为气体物质的量减小的反应，应是使用催化剂；

②恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，故平衡时混合气体总物质的量为(2＋2)mol×＝3mol，则：

CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) 物质的量减小△n＝1

起始量(mol)：2 2 0

变化量(mol)：1 1 1 4－3＝1

平衡量(mol)：1 1 1

则v(HCOOCH3)＝ ＝0.10 mol/(L·min)；

③Ⅱ、Ⅰ温度相同，平衡常数相同，平衡常数K(Ⅱ)＝；此时浓度商Qc＝ ＞2＝K，反应向逆反应方向进行，则v(正)＜v(逆)；

④此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动(或者反应Ⅰ达平衡时所用的时间比反应Ⅲ达平衡时所用的时间短，化学反应速率快，故T1温度更高)；

（2）①由于该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行，所以若不使用CO，温度超过775 ℃，NO的分解率降低；

②根据曲线I可知在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，温度为870℃左右时转化率最高，因此应控制最佳温度在870℃左右。