Question

19．氫、碳、氮、氧三種元素可組成許多重要的化合物．
（1）一定溫度下，在密閉容器中反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0達(dá)到平衡．其他條件不變時(shí)，下列措施能提高NO₂轉(zhuǎn)化率的是BC（填字母）．
A．減小NO₂的濃度    B．降低溫度    C．增加NO₂的濃度    D．升高溫度
（2）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報(bào)道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生下列反應(yīng)：
N₂（g）+3H₂O（1）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=a kJ/mol^-1
為進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，測(cè)得常壓下達(dá)到平衡時(shí)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0

此合成反應(yīng)的a＞0；△s＞0，（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）利用液氨合成尿素的反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)分為如下兩步．第一步：2NH₃+CO_2?H₂NCOONH₄，第二步：H₂NCOONH_4?H₂O+H₂NCONH₂．在一體積為0.5L密閉容器中投入4.0mol液氨和1.0mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如圖1所示：
①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第2步反應(yīng)決定，總反應(yīng)進(jìn)行到約55 min時(shí)到達(dá)平衡．
②反應(yīng)進(jìn)行到l0min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量如圖所示，則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=0.148 mol/（L•min）．
（4）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定條件下，該反應(yīng)中CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的變化曲線如圖2：
①在其他條件不變時(shí)，請(qǐng)?jiān)谏蠄D中畫出平衡時(shí)CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]變化的曲線圖．

（5）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題．
①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-810.1kJ/mol．
②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的．右圖是通過光電轉(zhuǎn)化原理以廉價(jià)原料制備新產(chǎn)品的示意圖．寫出上述光電轉(zhuǎn)化過程的化學(xué)反應(yīng)方程式2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂．催化劑a、b之間連接導(dǎo)線上電子流動(dòng)方向是a→b（填a→b或b→a）．

Answer 1

分析 （1）該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要提高二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，只要改變條件使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)即可；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH₃生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的聚集狀態(tài)解答；
（3）①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢(shì)，圖象表達(dá)反應(yīng)的判斷，反應(yīng)快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應(yīng)的曲線斜率比較大��；當(dāng)氨基甲酸銨、尿素物質(zhì)的量不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡；
②根據(jù)圖象中二氧化碳在10 min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量計(jì)算出用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）；
（4）根據(jù)化學(xué)方程式的系數(shù)進(jìn)行回答；
（5）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)體系中進(jìn)入的物質(zhì)和得到的物質(zhì)獲得反應(yīng)物和生成物，利用氧化還原方程式的配平寫出化學(xué)方程式；根據(jù)溶液中陽離子的移動(dòng)判斷電子的流向．

解答 解：（1）該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要使該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可改變反應(yīng)物的濃度、體系的壓強(qiáng)、溫度等．
A、減小N0₂的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯(cuò)誤；
B．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故B正確；
C．增加N0₂的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，且體系壓強(qiáng)增大，也利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故C正確；
D．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH₃生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)，a＞0，由方程式可知反應(yīng)生成氣體的物質(zhì)的量增多，則△S＞0，故答案為：＞；＞；
（3）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二部反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二部反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定，由圖象變化可知當(dāng)進(jìn)行到55分鐘時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，
故答案為：2；55；
②反應(yīng)進(jìn)行到10 min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量為0.26mol，二氧化碳的濃度變化為：c（CO₂）=$\frac{1mol-0.26mol}{0.5L}$=1.48mol/L，則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=$\frac{1.48mol/L}{10min}$=0.148 mol/（L•min），
故答案為：0.148 mol/（L•min）；
（4）CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，根據(jù)反應(yīng)知道當(dāng)體積比是3的時(shí)候，甲醚的體積分?jǐn)?shù)最大，如下圖所示：
，故答案為：；
（5）①已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）=-810.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-810.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-810.1kJ/mol；
②體系中進(jìn)入的物質(zhì)為：CO₂和H₂O，則反應(yīng)物為：CO₂和H₂O，得到的物質(zhì)為：HCOOH和O₂，生成物為：HCOOH和O₂，利用氧化還原方程式的配平寫出化學(xué)方程式為：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；體系中氫離子從a→b，則電流的方向?yàn)椋篵→a，電子的流向?yàn)閍→b，故答案為：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；a→b．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、反應(yīng)熱計(jì)算、影響化學(xué)平衡因素分析判斷，注意利用電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，難度中等．