Question

碳的化合物在生产生活和环境保护中应用广泛。

Ⅰ.碳氧化合物的综合利用

（1）利用CO可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NO 排放。

 已知：反应Ⅰ：2CO(g)+2NO(g)N₂(g)+2CO₂(g)    △H=-746 kJ·mol^-1

反应Ⅱ：4CO(B)+2NO₂(g)N₂(g)+4CO₂(g)       △H=-1200kJ·mol^-1

则反应NO₂(g)+CO(g)CO₂(g)+NO(g)的△H=__________kJ·mol^-1。

 在一定条件下，将NO₂与CO以体积比1：2置于恒容密闭容器中发生反应Ⅱ，下列能说明反应达到平衡状态的是______________。

a.体系压强保持不变          b.容器中气体密度保持不变 

c.混合气体颜色保持不变       d.NO₂ 与CO的体积比保持不变

（2）工业上利用CO 与Cl₂在活性炭催化下合成光(COCl₂)，反应方程式为：  CO(g) +Cl₂(g) COCl₂(g)    △H<0。某研究小组在恒温条件下，向2L恒容容器中加入0.2molCO和0.2molCl₂，10min时达到平衡，测得10min 内v(COCl₂)=7.5×10^-3mol·L^-1·min^-1，则平衡时n(Cl₂)=________ mol，设此时CO的转化率为a₁，若其它条件不变，上述反应在恒压条件下进行，平衡时CO的转化率为a₂，则a1_______a2 (填“>”“=”或“<”)

（3）利用“组合转化技术”可将CO₂ 转化成乙烯，反应方程式为：6H₂(g)+2CO₂(g)CH₂=CH₂(g)+4H₂O(g)。实验测得温度对CO₂ 平衡转化率、催化剂催化效率的影响如图a所示。下列说法正确的是________________

a.N点正反应速率一定大于M 点正反应速率

b.250℃时，催化剂的催化效率最大

c.M点平衡常数比N点平衡常数大

d.随着温度升高，乙烯的产率增大

Ⅱ.碳氢化合物的综合利用

利用甲烷的裂解可以制得多种化工原料，甲烷裂解时发生的反应有：2CH₄(g)C₂H₄(g)+2H₂(g)，2CH₄(g)C₂H₂(g)+3H₂(g) 。实验测得平衡时气体分压(Pa)与温度(℃)之间的关系如图b所示(气体分压=总压×气体的物质的量分数)。

（4）1725 ℃时，向1L恒容密闭容器中充入0.3 molCH₄达到平衡，则反应2CH₄(g)C₂H₄(g)+2H₂(g)的平衡常数K_P=___________(用平衡分压代替平衡浓度)，CH₄生成C₂H₂ 的平衡转化率为__________________。

Answer

-227 ac 0.05 < bc 1.0×107Pa 62.5%

【解析】（1）已知：反应Ⅰ：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)  △H=-746 kJ·mol-1

反应Ⅱ：4CO(B)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g)  △H=-1200kJ·mol-1

则反应NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)由 （反应Ⅱ-反应Ⅰ）/2得来，故该反应的△H=（-1200+746）/2= -227 kJ·mol-1；在一定条件下，将NO2与CO以体积比1：2置于恒容密闭容器中发生反应Ⅱ，该反应是气体分子数减少的反应，当 a.体系压强保持不变，说明各物质的量不变，可以说明达到平衡，故a正确；b.因为该反应中，所有物质均是气体，气体总质量、总体积均不变，容器中气体密度一直不变，故b错误；c.混合气体颜色保持不变，说明NO2(g)浓度不变，故c正确； d.NO2 与CO的体积比刚开始就是1：2，系数之比也是1：2，故在反应过程中NO2 与CO的体积比一直保持不变，故d错误；故选ac；

（2）根据反应：   CO(g) +Cl2(g) COCl2(g)  在恒温条件下反应

起始浓度 0.1 0.1 0

反应浓度 0.075 0.075 0.075

平衡浓度 0.025 0.025 0.075

则平衡时n(Cl2)=0.025mol/L×2L=0.05mol；

设此时CO的转化率为a1，若其它条件不变，上述反应在恒压条件下进行，

由于该反应是气体分子数减小的反应，起始压强最大，若恒压条件下进行反应，相当于在反应过程中加压，平衡正向移动，平衡时CO的转化率为a2，则a1< a2；

（3）根据图像，CO2 平衡转化率随温度升高逐渐下降，。a.N点温度高于M点，但催化效率低，故N点正反应速率不一定大于M点正反应速率，故a错误；b. 催化剂催化效率在M点时最大，即250℃时，催化剂的催化效率最大，故b正确；c.M点CO2平衡转化率大于N点，M点相对于N点平衡正向移动，故M点平衡常数比N点平衡常数大，故c正确；d.随着温度升高，平衡逆向移动，乙烯的产率减小，故d错误；故选bc；

（4）由图可知，在1725 ℃时，CH4的lg p =2，C2H4的lg p =1，C2H2的lg p =2，H2的lg p =5，故CH4的分压 p为100Pa，C2H4的分压 p为10Pa，C2H2的分压 p为100Pa，H2的分压 p为105Pa，故反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)的平衡常数KP==1.0×107；在同温同体积的条件下，气体的压强之比等于气体的物质的量之比，故CH4 、C2H2、C2H4、的物质的量之比为10：10：1，根据C守恒，CH4生成C2H2的平衡转化率为×100%=62.5%。