Question

18．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：NO$→_{反应Ⅰ}^{O_{3}}$NO₂$→_{反应Ⅱ}^{CO（NH_{2}）_{2}}$N₂
反应Ⅰ为：NO+O₃═NO₂+O₂，生成11.2L O₂（标准状况）时，转移电子的物质的量是1mol．反应Ⅱ中，当n（NO₂）：n[CO（NH₂）₂]=3：2时，反应的化学方程式是6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+8H₂O+4CO₂．
（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=-41.8kJ•mol^-1已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g），△H=-113.0kJ•mol^-1．
（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如图1，电极为多孔惰性材料．则负极的电极反应式是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）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）；
该反应平衡常数表达式为K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）c{\;}^{6}（H{\;}_{2}）}$．
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2所示．该反应的△H＜（填“大于”、“小于”或“等于”）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3所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是Ⅲ；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．

Answer 1

分析 （1）根据化合价的变化来确定电子转移数目；反应方程式中，化学计量数之比等于物质的量之比；
（2）根据盖斯定律进行计算，书写热化学方程式；
（3）在原电池的负极上发生失电子的氧化反应；
（4）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积进行计算；根据温度对平衡的影响分析△H的符号；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，该反应正反应为放热反应，根据图3中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量，Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，结合化学平衡移动分析解答；
根据温度对平衡的影响来判断，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小．

解答 解：（1）NO+O₃═NO₂+O₂，生成1mol氧气转移电子是2mol，生成11.2L即0.5molO₂（标准状况）时，转移电子的物质的量是1mol，当n（NO₂）：n[CO（NH₂）₂]=3：2，即NO₂和CO（NH₂）₂的化学计量数之比是3：2，其方程式表示为：6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+8H₂O+4CO₂，
故答案为：1；6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+8H₂O+4CO₂；
（2）已知：①NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1；
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1，
由②-①×2得：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g），△H=-196.6kJ•mol^-1-2×（-41.8kJ•mol^-1）=-113.0 kJ•mol^-1，
故答案为：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g），△H=-113.0 kJ•mol^-1；
（3）将NO转化为HNO₃的原电池中，负极上发生一氧化氮失电子的氧化反应，即NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，
故答案为：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；
（4）反应2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，所以平衡常数K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）c{\;}^{6}（H{\;}_{2}）}$，由图2可知：温度越高，CO₂转化率越小，则平衡逆移，所以该反应正方向为放热反应，即△H＜0，
故答案为：$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）c{\;}^{6}（H{\;}_{2}）}$；＜；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，该反应正反应为放热反应，根据图3中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量由小到大依次为：Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，T₁中的状态转变成T₂中的状态，CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T₁未达平衡状态，T₂中的状态转变成T₃中的平衡状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T₂可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是Ⅲ，该反应正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，若三个容器内的反应都达到化学平衡时，Ⅰ容器温度最低，所以CO转化率最大的反应温度是T₁，
故答案为：Ⅲ；T₁．

点评 本题考查的知识点较多，综合性较强，涉及氧化还原反应、化学方程式和电极反应式的书写、查盖斯定律的应用、平衡常数的计算、以及化学平衡的有关计算知识，难度较大．侧重于影响平衡移动及平衡常数的因素的考查，注意知识的归纳和整理是关键．