题目内容
【题目】I、有科学家经过研究发现，用CO2和H2在210~290℃，催化剂条件下可转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。
①230℃，向容器中投入0.5molCO2和1.5molH2，当转化率达80％时放出热量19.6kJ能量，写出该反应的热化学方程式_________ 。
②一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0molH2，在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示：催化剂效果最佳的是催化剂______ (填“I、Ⅱ、Ⅲ)。b点v(正) ____v(逆) (填>、< 、=)。此反应在a点时已达平衡状态， a点的转化率比c点高的原因是_______。已知容器内的起始压强为100kPa，则图中c点对应温度下反应的平衡常数Kp=________。(保留两位有效数字) (Kp为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
II、汽车尾气中CO、NOx以及燃煤废气中的SO2都是大气污染物，对它们的治理具有重要意义。
(1)吸收SO2和NO，获得Na2S2O4和NH4NO3产品的流程图如图所示(Ce为铈元素)。
装置Ⅱ中，酸性条件下NO被Ce4+氧化的产物主要是NO3-和NO2-，请写出生成NO3-和NO2-物质的量之比为2∶1时的离子方程式：________________________。
(2)装置Ⅲ的作用之一是用质子交换膜电解槽电解使得Ce4+再生，再生时生成的Ce4＋在电解槽的____(填“阳极”或“阴极”)，同时在另一极生成S2O42-的电极反应式为_________。
(3)已知进入装置Ⅳ的溶液中NO2-的浓度为a g·L-1，要使1.5 m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的氧气__________L(用含a代数式表示，结果保留整数，否则不给分)。
【答案】CO2(g)+3H2(g) 
CH3OH(g)+H2O(g) △H= - 49kJ/mol 催化剂I > 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 8.3×10-4或1/1200kPa-2 3NO＋5H2O＋7Ce4＋=2NO3-＋NO2-＋10H＋＋7Ce3＋ 阳极 2H＋＋2HSO3-＋2e－=S2O42-＋2H2O 365a
【解析】
I、①根据图1可知0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时放热23-3.4=19.6kJ，然后按比例计算△H并书写该反应的热化学方程式；②根据图像判断催化剂的效果；T3的b点未达到平衡，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，结合三段式计算平衡常数；
II、(1)NO被氧化为NO3-和NO2-，根据物质的量之比结合化合价的变化分析判断；
(2)生成Ce4+为氧化反应，发生在阳极上，阴极发生还原反应，HSO3-被还原生成S2O42-；
(3)NO2-的浓度为a gL-1，计算使1.5m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3失去的电子数，根据电子守恒进行计算。
I、①已知0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时放热23-3.4=19.6kJ，则该反应的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H=-
×2 kJmol-1=-49kJmol-1，则热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol，故答案为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol；
②由图象知：反应Ⅰ在较低温度T3时CO2就达到80%的转化率，催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ，T3的b点时，反应未达到限度，故v(正)＞v(逆)；该反应为放热反应，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，从而使CO2的转化率降低。T4的a点转化率比T5的c点高，c点时：
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol)：13 00
转化(mol)：0.61.8 0.60.6
平衡(mol)：0.41.2 0.60.6
在恒容恒温条件下，气体的压强与气体的物质的量成正比，则平衡时总压强P总=100kPa×
=70kPa，该反应的平衡常数Kp=
=8.3×10-4kPa-2，故答案为：I；＞；该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；8.3×10-4kPa-2；
II、(1)NO被氧化为NO3-和NO2-，且物质的量之比为2∶1，N元素化合价由+2价分别升高为+5价、+3价，Ce4+被还原为Ce3+，反应的离子方程式为3NO+5H2O+7Ce4+ ═2NO3-+NO2-+10H++7Ce3+，故答案为：3NO+5H2O+7Ce4+ ═2NO3-+NO2-+10H++7Ce3+；
(2)生成Ce4+为氧化反应，发生在阳极上，连接电源正极，阴极发生还原反应，HSO3-被还原生成S2O42-，电极方程式为2H++2HSO3-+2e-═S2O42-+2H2O，故答案为：阳极；2H++2HSO3-+2e- ═S2O42-+2H2O；
(3)NO2-的浓度为a gL-1，要使1.5m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，则失去电子数目是：
，设消耗标况下氧气的体积是V，则失电子数目是：
×2×(2-0)，由电子守恒可知=×2×(2-0)，解得V=365a，故答案为：365a。
