处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。

1. 处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。

(1) 环境空气质量指数(AQI)日报和实时报告包括了NO₂、CO、O₃、PM10、PM2.5等指标，为公众提供健康指引，引导当地居民合理安排出行和生活。

已知：①2NO(g)=N₂(g)＋O₂(g) ΔH=-180.5 kJ·mol^-1

②C(s)＋O₂(g)=CO₂(g) ΔH=-393.5 kJ·mol^-1

③2C(s)＋O₂(g)=2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol^-1

某反应的平衡常数表达式为K= $\text{[math]}$ ，写出此反应的热化学方程式：。

(2) CO用于处理大气污染物N₂O所发生的反应为N₂O(g)＋CO(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)＋N₂(g) ΔH=-365 kJ·mol^-1 ，几种物质的相对能量如下：

物质	N₂O(g)	CO(g)	CO₂(g)	N₂(g)
相对能量/kJ·mol^-1	475.5	283	a	393.5

①a=kJ·mol^-1 ，改变下列“量”，一定会引起ΔH发生变化的是(填代号)

A．温度 B．反应物浓度 C．催化剂 D．化学计量数

②有人提出上述反应可以用“Fe^＋”作催化剂。其总反应分两步进行：

第一步：；(写化学方程式)

第二步：FeO^＋＋CO=Fe^＋＋CO₂。

(3) 在实验室，采用I₂O₅测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I₂O₅粉末和一定量的CO，发生反应：I₂O₅ (s)＋5CO(g) $\text{[math]}$ 5CO₂(g)＋I₂(s)。测得CO的转化率如图1所示。

①相对曲线a，曲线b仅改变一个条件，改变的条件可能是加入催化剂或者。

②在此温度下，该可逆反应的平衡常数K=(用含x的代数式表示)。

(4) 工业上，利用CO和H₂合成CH₃OH，在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和n mol H₂ ，在250 ℃发生反应：CO(g)＋2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)，测得平衡时混合气体中CH₃OH的体积分数与H₂的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中，CO的平衡转化率最大的点是。

【考点】

热化学方程式; 化学平衡常数; 化学反应速率的影响因素; 化学平衡移动原理; 化学平衡转化过程中的变化曲线; 化学反应速率与化学平衡的综合应用;

【答案】

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综合题普通

1. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨： $\text{[math]}$ ，实现了人工固氮。

(1) 该反应的化学平衡常数表达式为。

(2) 测得在一定条件下氨的平衡含量如下表。

温度/℃	压强/MPa	氨的平衡含量
200	10	81.5%
550	10	8.25%

①该反应为放热反应，结合表中数据说明理由。

②哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是。

(3) 某温度下，将N₂和H₂按一定比例充入1L恒容容器中，平衡后测得数据如下表：

	N₂	H₂	NH₃
平衡时各物质的物质的量/(mol)	1.00	3.00	1.00

①此条件下H₂的平衡转化率=。(保留一位小数)

②若平衡后，再向平衡体系中加入N₂、H₂和NH₃各1.00 mol，此时反应向方向(填“正反应”或“逆反应”)，结合计算说明理由：。

(4) 合成氨生产流程示意图如下。

①流程中，有利于提高原料利用率的措施是；有利于提高单位时间内氨的产率的措施有。(每空至少答出两点)

②“干燥净化”中，有一步操作是用铜氨液除去原料气中的CO，其反应为： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。对吸收CO后的铜氨废液应该怎样处理？请提出你的建议：。

(5) 实验室研究是工业生产的基石。下图中的实验数据是在其他条件不变时，不同温度(200℃、400℃、600℃)、压强下，平衡混合物中NH₃的物质的量分数的变化情况。

①曲线a对应的温度是。

②M、N、Q点平衡常数K的大小关系是。

综合题普通

2. 工业上，可以用 $\text{[math]}$ 还原NO，发生反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。回答下列问题：

(1) 研究发现，总反应分两步进行：① $\text{[math]}$ ；② $\text{[math]}$ 。相对能量与反应历程如图所示。

加入催化剂，可降低(填序号)反应的活化能。

(2) 已知共价键的键能：

共价键	N=O	H—H	$\text{[math]}$	H—O
键能 $\text{[math]}$	607	436	946	463

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

(3) $\text{[math]}$ 的速率方程为 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 为速率常数，只与温度、催化剂有关)。一定温度下，不同初始浓度与正反应速率关系相关数据如下表。

实验	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
a	0.1	0.1	v
b	0.2	0.1	$\text{[math]}$
c	0.1	0.2	$\text{[math]}$
d	0.2	x	$\text{[math]}$

① $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。

②已知：速率常数(k)与活化能( $\text{[math]}$ )、温度(T)的关系式为 $\text{[math]}$ (R为常数)。总反应在催化剂Cat1、Cat2作用下， $\text{[math]}$ 与T关系如图所示。相同条件下，催化效能较高的是，简述理由：。

(4) 体积均为 $\text{[math]}$ 的甲、乙反应器中都充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，发生上述反应。测得 $\text{[math]}$ 的物质的量与反应时间的关系如图所示。

仅一个条件不同，相对于甲、乙改变的条件是。甲条件下平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

综合题普通

Ⅰ．工业上可用CO或CO₂来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡常数	温度/℃
化学反应	平衡常数	500	800
①2H₂(g)+CO(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)	K₁	2.5	0.15
②H₂(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ H₂O(g)+CO(g)	K₂	1.0	2.50
③3H₂(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)+ H₂O(g)	K₃

（1）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃=________(用K₁、K₂表示)，500 ℃时，测得反应③在某时刻，H₂(g)、CO₂(g)、CH₃OH(g)、H₂O(g)的浓度(mol·L^-1)分别为1、1、1、m，若要保证此时v_正>v_逆，则m的取值范围________。

（2）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②H₂(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ H₂O(g)+CO(g)，已知c(CO)—反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，在t₀时改变的条件是________。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，在t₀时改变的条件是体积由3L变为________。

Ⅱ．利用CO和H₂可以合成甲醇，反应原理为CO(g)＋2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g) △H，一定条件下，在容积为V L的密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

（3）△H________0 (填“>”、“<”或“=”)，理由是：________。

（4）该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是CO________H₂(填“>”、“<”或“=”、)。

（5）下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是_____。

A. 使用高效催化剂

B. 增大氢气的投入量

C. 增大体系压强

D. 不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来

综合题普通