Question

【題目】碳、氮及其化合物在化工生產(chǎn)和國防工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。請回答：

(1)利用CO2的弱氧化性，開發(fā)了丙烷氧化脫氫制丙烯的新工藝。該工藝可采用鉻的氧化物為催化劑，其反應(yīng)機(jī)理如圖：

①圖中催化劑為__________________。

②該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑活性，原因是______________。

(2)現(xiàn)向三個體積均為2L的恒容密閉容器I、Ⅱ、Ⅲ中，均分別充入1molCO和2molH2發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－90.1kJ/mol。三個容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變。當(dāng)反應(yīng)均進(jìn)行到5min時H2的體積分?jǐn)?shù)如圖所示，其中只有一個容器中的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

①5min 時三個容器中的反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是容器__________（填序號）。

②0-5min內(nèi)容器I中用CH3OH表示的化學(xué)反應(yīng)速率v(CH3OH)=_________。（保留兩位有效數(shù)字）。

③當(dāng)三個容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時，平衡常數(shù)最小的是容器_________。（填序號）

(3)在密閉容器中充入10molCO和8 molNO，發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H=－762kJ·mo－1，如圖為平衡時NO的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系。

①由上圖判斷，溫度T1_____T2（填“低于”或“高于”）。

②壓強(qiáng)為20MPa、溫度為T2下，若反應(yīng)進(jìn)行到10 min達(dá)到平衡狀態(tài)，在該溫度下，如圖所示A、B、C對應(yīng)的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)從大到小的順序?yàn)?/span>_________。

③若在D點(diǎn)對反應(yīng)容器降溫的同時縮小體積至體系壓強(qiáng)增大，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A~G點(diǎn)中的__________點(diǎn)。

Answer 1

【答案】CrO3 碳與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面 III 0.067mol/(Lmin) III 低于 pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2) G

【解析】

(1)①根據(jù)反應(yīng)機(jī)理圖確定每一步反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物，從而確定催化劑；
②結(jié)合C與CO2的反應(yīng)分析；

(2)①對于某一可逆反應(yīng)，當(dāng)其它條件一定時，溫度越高，反應(yīng)速率越快，越早達(dá)到平衡狀態(tài)；
②列三段式計算：

③平衡常數(shù)只受溫度的影響，根據(jù)溫度對平衡移動的影響分析判斷；

(3)①根據(jù)溫度對平衡移動的影響分析判斷；

②根據(jù)壓強(qiáng)對平衡移動的影響分析判斷；

③同時結(jié)合溫度和壓強(qiáng)對平衡移動的影響分析判斷。

(1)①由反應(yīng)機(jī)理圖可知，反應(yīng)(ⅰ)中反應(yīng)物為C3H8和CrO3，生成物為C3H6、H2O和Cr2O3，反應(yīng)(ⅰi)中反應(yīng)物為Cr2O3和CO2，生成物為CO和CrO3，由此可知反應(yīng)(ⅰ)消耗CrO3，反應(yīng)(ⅰi)生成CrO3，反應(yīng)前后CrO3不變，則催化劑為CrO3，故答案為：CrO3；

②碳與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面，因此該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑的活性，故答案為：碳與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面；

(2)①對于某一可逆反應(yīng)，當(dāng)其它條件一定時，溫度越高，反應(yīng)速率越快，應(yīng)越早達(dá)到平衡狀態(tài)，由圖像可知，T1＜T2＜T3，T3溫度最高，當(dāng)反應(yīng)均進(jìn)行到5min時，只有一個容器中的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，只能是III容器，故答案為：III；
②設(shè)轉(zhuǎn)化CO的物質(zhì)的量為x，列三段式(單位為mol)：

，I容器中的氫氣的體積分?jǐn)?shù)為40%，因此有

，則x=mol，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，，故答案為：0.067mol/(Lmin)；
③平衡常數(shù)只受溫度的影響，此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，化學(xué)平衡常數(shù)減小，因此化學(xué)平衡常數(shù)最小的是III，故答案為：III；

(3)①此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，NO的體積分?jǐn)?shù)會增大，則T1低于T2，故答案為：低于；

②此反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)增大，分壓增大，故答案為：pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2)；

③由于此反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，若在D點(diǎn)對反應(yīng)容器降溫的同時縮小體積至體系壓強(qiáng)增大，則平衡會正向移動，NO的體積分?jǐn)?shù)減小，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中G點(diǎn)，故答案為：G。