Question

减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。合理应用和处理碳、氮及其化合物，在生产生活中有重要意义。

(1)对温室气体二氧化碳的研究一直是科技界关注的重点。在催化剂存在下用H₂还原CO₂ 是解决溫室效应的重要手段之一,相关反应如下:

已知H₂ 和CH₄的燃烧热分别为285.5kJ/mol 和890.0kJ/mol。

H₂O(1) =H₂O(g)    △H= +44 kJ/mol

试写出H₂ 还原CO₂ 生成CH₄和H₂O(g)的热化学方程式_____________。

(2)CO₂在Cu-ZnO催化下,可同时发生如下的反应I、II，其可作为解决温室效应及能源短缺的重要手段。

I.CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)     △H₁=-57.8 kJ/mol

II.CO₂(g) +H₂(g)CO(g) + H₂O(g)         △H₂ = +41.2 kJ/mol

①某温度时，若反应I的速度v₁大于反应II的速度以v₂,则下列反应过程的能量变化正确的是_______(填选项)。

②对于气体参加的反应,，表示平衡常数Kp时,用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)。

已知:气体各组分的分压p(B)，等于总压乘以其体积分数。

在Cu-ZnO存在的条件下，保持温度T时，在容积不变的密闭容器中,充入一定量的CO₂ 及H₂，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量如下表:

	CO2	H2	CH3OH	CO	H2O(g)	总压/kPa
起始/mol	5.0	7.0	0	0	0	p0
平衡/mol			n1		n2	p

若反应I、II均达平衡时,P₀=1.2p，则表中n₁=____；若此时n₂=3.则反应I的平衡常数K_p=__(无需带单位,用含总压p的式子表示)。

(3)汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝:

4NO(g) +4NH₃(g) +O₂(g) 4N₂(g) +6H2O(g)    △H <0

根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是________;氨氮比一定时,在400℃时,脱硝效率最大,其可能的原因是______________。

(4)用活性炭还原法也可以处理氮氧化物,某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,发生反应:C(s) +2NO(g)N₂(g) +CO₂(g)    △H>0

在T℃时,反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如下:

时间/min 浓度/(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

30min后,只改变某一条件,根据上表的数据判断改变的条件可能是_______。

A.通入一定量的CO₂        B.加入合适的催化剂      C.适当缩小容器的体积

D.通入一定量的NO         E.加入一定量的活性炭    F.适当升高温度

Answer

CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.0kJ·mol-1 D 1.0 温度 400℃，氨氮物质的量之比为 1 在 400℃时催化剂的活性最好， 催化效率高， 同时 400℃温度较高，反应速率快 CD

【解析】（1）考查热化学反应方程式的计算，①H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) △H=－285.5kJ·mol－1，②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－890.0kJ·mol－1，③H2O(l)=H2O(g) △H=＋44kJ·mol－1，氢气还原CO2的反应是4H2＋CO2=CH4＋2H2O(g)，因此有①×4－②＋③×2得出：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.0kJ·mol－1；（2）考查化学平衡计算，①反应I是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应II是吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，因为反应I的速度快于反应II，因此反应I的活化能低于反应II，故D正确；②设体系中生成CH3OH的物质的量xmol，反应II反应前后气体系数之和相等，因此容器中气体总物质的量为(12－2x)mol，根据压强之比等于物质的量之比，因此有12/(12－2x)=p0/p，解得x=1mol，即n1=1mol，CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g)

变化：1 3 1 1

平衡： 1 1

CO2(g) +H2(g)CO(g) + H2O(g)

变化： 2 2 2 2

平衡： 2 2，根据n1的分析，体系中气体总物质的量为10mol，p(H2O)=3p/10，p(CH3OH)=p/10，消耗CO2的物质的量为3mol，则平衡是CO2的物质的量为2mol，即p(CO2)=2p/10，同理p(H2)=2p/10，反应I的平衡常数Kp==；（3）本题考查反应条件的控制，根据图像，在氨氮物质的量之比为1，温度在400℃时，脱硝效率最大，原因是在400℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400℃温度较高，反应速率快；（4）考查影响化学平衡移动的因素，A、40min的数值都增大，通入一定量的CO2，CO2浓度增大，NO和N2浓度应不变，故A错误；B、催化剂对浓度无影响，故B错误；C、适当缩小容器的体积，组分浓度增大，故C正确；D、C为固体，通入一定量的NO，相当于在原来的基础上增大压强，体积缩小，浓度增大，故D正确；E、C为固体，加入一定量的活性炭，对平衡无影响，对组分浓度无影响，故E错误；F、此反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，NO浓度降低，故F错误。