Question

研究化学反应时，既要考虑物质变化与能量变化，又要关注反应的快慢与限度。回答下列问题:

(1)NH₃还原NO是重要的烟气脱硝技术，其反应过程与能量关系如图所示。

①下图中因为改变了反应条件，反应的活化能：b________(填“>”“<”或“=”)a。

②脱硝反应的热化学方程式可表示为反应物→生成物ΔH=________(用E₁、E₂的代数式表示)。

③研究发现，一定条件下的脱硝反应过程可能如下图所示，根据氧化还原反应中物质的作用，NO为________剂，脱硝总反应的化学方程式为______________。

(2)一定温度下，将不同物质的量的H₂O(g)和CO分别通入容积为1L的恒容密闭容器中，进行反应H₂O(g)+CO(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如表所示的三组数据：

①4min内，实验2中平均速率v(CO₂)=________；900℃时，反应的平衡常数为________；降低温度时，平衡常数会____________(填“增大”“减小”或“不变”)。

②650℃时,若在此容器中充入2.0molH₂O(g)、1.0molCO(g)、1.0molCO₂(g)和xmolH₂(g),要使反应在开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是________________。

③若a=2.0、b=1.0，则平衡时实验2中H₂O(g)和实验3中CO(g)的转化率的关系为α(H₂O)________(填“>”“<”或“=”)α(CO)。

Answer

< -(E2-E1) 氧化 4NH3+4NO+O23N2+6H2O 0.05mol·L-1·min-1 (或0.028) 增大 0≤x< =

【解析】

(1)①由图象可知活化能降低，b＜a；

②由图可知反应物能量大于生成物能量，故反应是放热反应；

③NO在反应中化合价降低，作氧化剂；由图2可知反应物为NH3，NO和O2生成物为N2和H2O；

(2)①由方程式可知v(CO2)：v(H2)=1：1，根据图表计算v(H2)=0.05mol/L-1•min-1，故v(CO2)=0.05mol/L-1•min-1，根据平衡常数计算公式，900℃和650°C平衡常数，据此判断反应热量变化；

②650℃时，若在此容器中充入2.0molH2O(g)、1.0molCO(g)、1.0molCO2(g)和xmolH2(g)，计算此时此刻浓度商和平衡常数比较判断反应进行的分析；

③根据平衡常数和三段式分别求出实验2中H2O(g)的转化率和实验3中CO(g)的转化率判断。

(1)①由图像可知活化能降低，b＜a，故答案为：＜；
②由图可知反应物能量大于生成物能量，故反应是放热反应，焓变为负值表示放热，△H=生成物能量-反应物能量，故答案为：-(E2-E1)；

③NO在反应中化合价降低，作氧化剂；由图2可知反应物为NH3，NO和O2生成物为N2和H2O，所以化学方程式为：4NH3+4NO+O24N2+6H2O；

(2)①由方程式可知v(CO2)：v(H2)=1：1，根据图表实验2计算 ，故v(CO2)=0.05mol/L-1•min-1；根据平衡常数计算公式：

900℃平衡常数；

650℃平衡常数，故降低温度平衡常数增大；故答案为：0.05mol/L-1•min-1；；增大；

②650℃时，若在此容器中充入2.0molH2O(g)、1.0molCO(g)、1.0molCO2(g)和xmolH2(g)，计算此时此刻的，化学平衡正向移动，所以Q＜平衡常数k，所以 ，则，由题可知x≥0，故答案为：；

③根据平衡常数和三段式分别求出实验2中H2O(g)的转化率和实验3中CO(g)的转化率，温度不变平衡常数不变，900°C时K=，实验2水的转化率为x，则水的转化率；实验3中：

，

，解得x=0.2，CO转化率为，则实验2中H2O(g)的转化率为20%实验3中CO(g)的转化率为20%相同，故答案为：=。