6.碳、氮及其化合物在生产中有重要应用.
(1)设反应 ①Fe(s)+CO2(g)?FeO(s)+CO(g)△H=Q1的平衡常数为K1,反应②Fe(s)+H2O(g)?FeO(s)+H2(g)△H=Q2的平衡常数为K2,在不同温度下,K1、K2的值如表:
T/KK1K2
9731.472.38
11732.151.67
现有反应 ③H2(g)+CO2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=Q3
结合表数据,根据反应①、②推导出推导出Q1、Q2、Q3的关系式Q3=Q1-Q2,反应③是吸热(填“放”或“吸”)热反应.
(2)使用稀土催化剂有效消除汽车尾气中的NOx、碳氢化合物也已逐渐成为成熟技术.压缩天然气汽车利用这一技术将NOx、CH4转化成无毒物质,其中两个反应为:
Ⅰ.CH4(g)+4NO(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
Ⅱ.CH4(g)+2NO2(g) $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
实验室在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生反应Ⅱ,测得在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率如表:
投料比[n(NO2)/n(CH4)]400 K500 K600 K
160%43%28%
245%33%20%
①写出该反应平衡常数的表达式K=$\frac{c({N}_{2})•c(C{O}_{2})•{c}^{2}({H}_{2}O)}{c(C{H}_{4})•{c}^{2}(N{O}_{2})}$,若降低温度,提高[n(NO2)/n(CH4)]
投料比,则K将增大.(填“增大”、“减小”或“不变”)
②400K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数17.4%.
③收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V(NO):V(NO2)=1:1.
④在密闭容器内先通入一定量的CH4,然后再充入一定量的NO2.在不同温度下,同时发生反应Ⅱ:并在 t秒时测定其中NO2转化率,绘得图象如图所示:

产生这一现象的原因是在250℃-450℃时,NOx转化率随温度升高而增大:反应未建立平衡,温度升高反应正向进行.450℃-600℃(温度较高)时,反应已达平衡,所以,温度升高平衡逆向移动,NOx转化率随温度升高反而减小.
5.为了节约煤炭和石油资源,用较少的碳原料生成较多的燃料提供给人类,一碳化学应运而生.合成气(CO、H2)、甲烷和甲醇是一碳化学的基础原料,表所列为25℃、101kPa时四种物质的燃烧热:
化学式△H/(kJ?mol-1化学式△H/(kJ?mol-1
CO(g)-283.0CH4(g)-890.3
H2(g)-285.8CH3OH(l)-726.5
回答下列问题:
(1)25℃时,用合成气制备甲醇的热化学方程式CO(g)+2H2(g)?CH3OH(l)△H=-128.1kJ?mol-1
(2)工业上可利用甲烷制造合成气,发生的反应为CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g);某温度下,向容积为4L的恒容密闭容器中通入6mol CO2和6mol CH4发生上述反应,5min后在该温度下达到平衡,这时测得反应体系中各组分的体积分数相等,则该反应在0~5min内的平均反应速率v(CO)=0.2mol?L-1?min-1;在相同温度下,将上述反应改在起始容积为4L的恒压密闭容器内进行,则到达平衡的时间大于(填“大于”或“小于”或“等于”)5min.
(3)反应CH3OH(g)+CO(g)?HCOOCH3(g)△H=-29.1kJ?mol-1为一碳化学在有机合成方面的重要应用.温度和压强对该反应的影响如图所示:

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素,在下列各压强数据中,工业上制取甲酸(HCOOCH3)甲酯应选择的压强是b(填下列序号字母);
a.3.5×106Pa      b.4.0×106 Pa         c.5.0×106 Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中,采用的温度是80℃,其理由是高于80℃时,温度对反应速率影响较小,又因反应放热,升高温度时平衡逆向移动,转化率降低.
 0  160246  160254  160260  160264  160270  160272  160276  160282  160284  160290  160296  160300  160302  160306  160312  160314  160320  160324  160326  160330  160332  160336  160338  160340  160341  160342  160344  160345  160346  160348  160350  160354  160356  160360  160362  160366  160372  160374  160380  160384  160386  160390  160396  160402  160404  160410  160414  160416  160422  160426  160432  160440  203614 

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