2023年9月23日第19届亚运会在我国杭州正式开幕。开幕式主火炬首次使用了零碳甲醇燃料，充分体现了杭州亚运会“绿色、智能、节俭、文明”的办赛理念。已知一定条件下，催化加氢生产甲醇，发生如下反应：反应；反应ii：。

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1. 2023年9月23日第19届亚运会在我国杭州正式开幕。开幕式主火炬首次使用了零碳甲醇 $\text{[math]}$ 燃料，充分体现了杭州亚运会“绿色、智能、节俭、文明”的办赛理念。已知一定条件下， $\text{[math]}$ 催化加氢生产甲醇，发生如下反应：

反应 $\text{[math]}$ ；

反应ii： $\text{[math]}$ 。

(1) 反应体系中存在反应 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

(2) 将 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 通入密闭容器中进行反应 $\text{[math]}$ ，当改变某一外界条件（温度或压强）时， $\text{[math]}$ 的体积分数 $\text{[math]}$ 变化趋势如图甲所示：

①平衡时， $\text{[math]}$ 点 $\text{[math]}$ 的体积分数为 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ 的转化率为。（计算结果保留三位有效数字）。

(3) $\text{[math]}$ 轴上 $\text{[math]}$ 点的数值比 $\text{[math]}$ 点（填“大”或“小”）。

(4) 在不同压强下，按照 $\text{[math]}$ 进行投料，在容器中发生上述三个反应，平衡时， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 在含碳产物 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 中物质的量分数及 $\text{[math]}$ 的转化率随温度的变化如图乙所示：

①压强 $\text{[math]}$ 由大到小的顺序为。

②曲线（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）代表 $\text{[math]}$ 在含碳产物中的物质的量分数。

③在 $\text{[math]}$ ，压强为 $\text{[math]}$ 时，反应 $\text{[math]}$ 的浓度平衡常数 $\text{[math]}$ （填含 $\text{[math]}$ 的表达式）。

(5) 光催化 $\text{[math]}$ 制甲醇技术也是研究热点。如图丙铜基纳米光催化材料还原 $\text{[math]}$ 的机理为：光照时，低能价带失去电子并产生空穴（ $\text{[math]}$ ，具有强氧化性）。

①光催化原理与电解原理类似，写出高能导带的电极反应式：。

②太阳光激发下，在导带和价带中除了产生电子和空穴外，还会生成（填写微粒名称）参与 $\text{[math]}$ 的还原再生。

【考点】

电极反应和电池反应方程式; 化学平衡常数; 化学平衡的影响因素; 化学平衡转化过程中的变化曲线; 有关反应热的计算;

【答案】

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综合题困难

1. 合成氨的研究是化学研究的热点课题之一。

(1) 科学家提出在某催化剂表面“N₂→NH₃”的反应历程如下：(“*”表示吸附在催化剂表面，“*⁺”代表脱附)

①N₂→N≡N*

②N≡N*→HN=N*

③HN=N*→HN=NH*

④HN=NH*→H₂N-N*H

⑤H₂N-N*H→H₂N-NH₂*

⑥H₂N-NH₂*→*NH₃

⑦*NH₃→*+NH₃

上述过程中，会产生具有对称结构的中间产物，它们是(填分子式)。

(2) “哈伯法”合成氨：N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) ΔH=-92.4kJ·mol^-1 ， ΔS=-100J·K^-1·mol^-1。常温下，合成氨(填“能”或“不能”)自发进行。

(3) “哈伯法”合成氨一般选择在400~500℃、10~30MPn条件下进行，选择该条件进行反应是兼顾了(答两条)等方面的因素。

(4) 一定温度下，在恒容密闭容器中充入1molN₂和一定量H₂合成氨，平衡时N₂的转化率与起始投料比[ $\text{[math]}$ ]的关系如图1所示。M点对应的压强为20akPa。图1中，最佳投料比为。该温度下，合成氨反应的平衡常数K_p为(kPa)^-2(用含a的代数式表示)。

(5) 常温常压下，用电化学法合成氨的装置如图2。

①生成NH₃的电极反应式为。

②N₂的通入速率为25mL·min^-1 ，则H₂生成速率、NH₃生成速率与电压的关系如图3所示。

已知：a点时1小时通过9.0×10^-3mol电子。NH₃的最大法拉第效率为。(提示：法拉第效率等于实际消耗的电子数与理论通过的电子总数之比，常温常压下，V_m=24.5L·mol^-1)。电压高于0.3V时，随着电压增大，NH₃生成速率降低的原因是。

综合题困难

2. 工业生产中产生的烟气中常含有氮氧化物 $\text{[math]}$ ，为了防止污染大气，排放前需要经过适当处理脱除 $\text{[math]}$ 。

(1) 在一定条件下，可用CO还原NO，其原理为： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

已知：标准摩尔生成焓指标准状态下由最稳定的单质合成1 mol该物质的焓变。一些物质的燃烧热或标准摩尔生成焓如下表所示。

物质	C(s)	CO(g)	NO(g)
燃烧热 $\text{[math]}$ (kJ/mol)	-393.5
标准摩尔生成焓 $\text{[math]}$ (kJ/mol)	0	-110.5	+90.5

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

②下列措施能够同时提高上述反应的速率和NO平衡转化率的是(填标号)。

A．使用催化剂 B．及时分离生成的 $\text{[math]}$ C．升高温度 D．提高CO的浓度

③一定温度下，在体积恒为2L的密闭容器中通入CO与NO各2 mol，初始压强为20 kPa．仅发生上述反应，达到平衡后， $\text{[math]}$ ，则此温度下该反应的压强平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。再向容器中通入2 mol $\text{[math]}$ 和1 mol $\text{[math]}$ ，达到新的平衡时，混合气体中NO的体积分数相比原平衡(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2) CO也可以还原 $\text{[math]}$ ，反应原理为： $\text{[math]}$ 。

研究发现，该反应分两步进行：

第一步： $\text{[math]}$ (慢反应)

第二步： $\text{[math]}$ (快反应)

已知：此条件下，该反应的化学反应速率 $\text{[math]}$ (k为速率常数，只与温度有关)。下列分析正确的是_________(填标号)。

A. 增大 $\text{[math]}$ 浓度，该反应速率增大 B. 增大CO浓度，该反应速率几乎不变 C. $\text{[math]}$ 是该反应的催化剂 D. 第一步反应的活化能小于第二步反应

(3) 工业烟气中的 $\text{[math]}$ 常常无法完全脱除，可用下图所示装置来测定工业烟气中 $\text{[math]}$ 的脱除率，其原理如下：

测定开始前，电解质溶液中 $\text{[math]}$ 。测定时，将含 $\text{[math]}$ 的烟气中通入电解质溶液中使 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 反应 $\text{[math]}$ 被还原为NO，烟气中其他成分均不参与反应)。此时电解池自动开始工作，直到 $\text{[math]}$ 重新变为n，电解自动结束。