Question

乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業(yè)生產(chǎn)乙醇的一種反應(yīng)原理為：
2CO(g) + 4H₂(g)CH₃CH₂OH(g) + H₂O(g) △H =" —256.1" kJ·mol^－1
已知：CO(g) + H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)   △H=" —41.2" kJ·mol^－1
（1）以CO₂(g)與H₂(g)為原料也可合成乙醇，其熱化學(xué)方程式如下：
2CO₂(g) +6H₂(g)CH₃CH₂OH(g) +3H₂O(g)  △H =          。
（2）汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。
①某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag– ZSM– 5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如下圖。若不使用CO，溫度超過800℃，發(fā)現(xiàn)NO的轉(zhuǎn)化率降低，其可能的原因?yàn)?u>        ；在n(NO)/n(C O)=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在     左右。

②用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C (s) +2NO₂(g) N₂ (g) + CO₂ (g)。某研究小組向某密閉容器中加人足量的活性炭和NO，恒溫( T₁℃)條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol?L－1 時間/min	NO	N2	CO2
0	1.00	0	0
20	0.40	0.30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.17

 
I．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，求反應(yīng)開始至20min以v(NO)表示的反應(yīng)速率為          (保留兩位有效數(shù)字)，T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為          (保留兩位有效數(shù)字)。
II．30min后，改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是           。下圖表示CO₂的逆反應(yīng)速率[v_逆(CO₂)]隨反應(yīng)時間的變化關(guān)系圖。請?jiān)趫D中畫出在30min改變上述條件時，在40min時刻再次達(dá)到平衡的變化曲線。

Answer 1

（17分）
（1）—173.7kJ?mol^－1（3分）
（2）①該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行（2分）
900℃（2分）
②I．0.030mol?L^－1?mol^－1（3分，沒寫單位扣1分）    
0.56（3分）
II．減小CO₂的濃度（2分）
（2分）
作圖要點(diǎn)：起點(diǎn)在30min時v_逆(CO₂)的一半以下；終點(diǎn)不超過30min時v_逆(CO₂)

試題分析：（1）將題目中出現(xiàn)的三個熱化學(xué)方程式依次編號為①②③，觀察可得①—②×2=③，根據(jù)蓋斯定律可知，③的焓變=①的焓變—②的焓變×2=—173.7kJ?mol^－1；（2）①若不使用CO，則反應(yīng)為2NO(g)N₂(g)+O₂(g)，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率增大，從開始反應(yīng)到達(dá)到平衡時，NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而逐漸增大，達(dá)到平衡后，再升高溫度，NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高逐漸減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度使平衡左移；有CO時，發(fā)生的不可逆反應(yīng)為CO+NON₂+CO₂，NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而逐漸增大，但是900℃→1000℃時NO的轉(zhuǎn)化率增大程度不大，但是生產(chǎn)成本卻會明顯增加，因此在n(NO)/n(C O)=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度為900℃；②I．讀表中信息可得，從反應(yīng)開始到20min，NO的變化濃度=(1.00—0.40) mol?L^－1=0.60 mol?L^－1，根據(jù)平均反應(yīng)速率的定義式可知，v(NO)=△c/△t=0.030mol?L^－1?mol^－1；由于固體物質(zhì)濃度是常數(shù)，不需要寫入平衡常數(shù)表達(dá)式，讀表中信息可知，20min時該反應(yīng)在T₁℃時達(dá)到平衡，則K=[c(CO₂)?c(N₂)]/c²(NO₂)=[0.30×0.30]/0.40²≈0.56；II．30min改變條件后，根據(jù)三行數(shù)據(jù)法可知：
 C (s) +2NO₂(g) N₂ (g) + CO₂ (g)
起始濃度/mol?L^－1               0.40        0.30    0.30
變化濃度/mol?L^－1              0.080      0.040   0.040
平衡濃度/mol?L^－1              0.32       0.34      0.34（2分）
由于二氧化碳的理論濃度比實(shí)際濃度大0.17mol/L，說明30min時從原平衡體系中移出了CO₂，減小CO₂的濃度；由于30min時生成物CO₂的濃度減少了一半，則v_逆(CO₂)立即減少一半，所以起點(diǎn)的橫坐標(biāo)為30min、縱坐標(biāo)為原平衡的一半；減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則v_逆(CO₂)逐漸增大，直到40min才達(dá)到新的平衡，但是此時CO₂的濃度比原平衡時小，因此v_逆(CO₂)比原平衡時小， 所以終點(diǎn)的橫坐標(biāo)為40min、縱坐標(biāo)比原平衡的一半大，但是比原平衡時小。