Question

【題目】（1）乙基叔丁基醚(以ETBE表示)是一種性能優(yōu)良的高辛烷值汽油調(diào)和劑。用乙醇與異丁烯(以IB表示)在催化劑HZSM－5催化下合成ETBE，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g) △H。回答下列問題：

反應(yīng)物被催化劑HZSM－5吸附的順序與反應(yīng)歷程的關(guān)系如圖所示，該反應(yīng)的△H=__kJ·mol-1。反應(yīng)歷程的最優(yōu)途徑是__(填C1、C2或C3)。

（2）一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對(duì)燃煤煙氣回收。反應(yīng)為2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l) ΔH=-270kJ·mol-1

①其他條件相同、催化劑不同，SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1，Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，不考慮催化劑價(jià)格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點(diǎn)是：__。

②某科研小組用Fe2O3作催化劑。在380℃時(shí)，分別研究了[n(CO)∶n(SO2)]為1∶1、3∶1時(shí)SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況(圖2)。則圖2中表示n(CO)∶n(SO2)=3∶1的變化曲線為__。

（3）已知NO2存在如下平衡：2NO2(g)N2O4(g) △H<0，在一定條件下NO2與N2O4的消耗速率與各自的分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))有如下關(guān)系：v(NO2)=k1·p2(NO2)，v(N2O4)=k2·p(N2O4)，相應(yīng)的速率與其分壓關(guān)系如圖所示。

一定溫度下，k1、k2與平衡常數(shù)Kp(壓力平衡常數(shù)，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)間的關(guān)系是k1=__；在圖標(biāo)出點(diǎn)中，指出能表示反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點(diǎn)是__，理由是__。

（4）二氧化硫的催化氧化是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的主要反應(yīng)O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)。

已知：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ=，其中pθ為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)(1×105Pa)，p(SO3)、p(O2)和p(SO2)為各組分的平衡分壓，如p(SO3)=x(SO3)p，p為平衡總壓，x(SO3)為平衡系統(tǒng)中SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。

SO2和O2起始物質(zhì)的量之比為2：1，反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行，SO3的平衡產(chǎn)率為ω，則Kθ=___(用含ω的最簡(jiǎn)式表示)。

Answer 1

【答案】-4a C3 Fe2O3作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低的溫度可獲得較高的SO2轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源 a k1=2k2·KP BD 達(dá)到平衡時(shí)，N2O4與NO2的消耗速率滿足條件v(NO2)=2v(N2O4)

【解析】

（1）由圖可知，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，為放熱反應(yīng)，由圖給數(shù)據(jù)可計(jì)算△H；活化能的大小可以反映化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的難易程度，活化能越小，反應(yīng)越容易進(jìn)行；

（2）①Fe2O3作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高SO2的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源；

②n（CO）：n（SO2）=2：1時(shí)反應(yīng)速率界于n（CO）：n（SO2）=3：1和n（CO）：n（SO2）=1：1之間，反應(yīng)速率介于二者之間，且二氧化硫的轉(zhuǎn)化率和n（CO）：n（SO2）=3：1是相等的；

（3）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，NO2與N2O4的消耗速率的關(guān)系為v（NO2）=2v（N2O4），則k1p2（NO2）=2k2p（N2O4）；滿足平衡條件v（NO2）=2v（N2O4）即為平衡點(diǎn)，B、D點(diǎn)的壓強(qiáng)之比等于其反應(yīng)速率之比為1：2；

（4）設(shè)SO2和O2起始物質(zhì)的量為2mol和1mol，由SO3的平衡產(chǎn)率為ω可知，平衡時(shí)SO3的物質(zhì)的量為2ω，由題意建立三段式計(jì)算可得。

（1）由圖可知，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的△H=—（5—1）akJ/mol=—4 akJ/mol；活化能的大小可以反映化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的難易程度，過渡態(tài)1和2的活化能都為6akJ/mol，過渡態(tài)3的活化能為4akJ/mol，活化能越小，反應(yīng)越容易進(jìn)行，過渡態(tài)3的活化能最小，反應(yīng)歷程最優(yōu)，故答案為：-4a；C3；

（2）①根據(jù)圖示內(nèi)容，對(duì)比260℃時(shí)不同催化劑作用下SO2的轉(zhuǎn)化率，可以看出Cr2O3作催化劑時(shí)，反應(yīng)速率最快，Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，但是Fe2O3作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高SO2的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源，故答案為：Fe2O3作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高SO2的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源；

②n（CO）：n（SO2）=2：1時(shí)反應(yīng)速率界于n（CO）：n（SO2）=3：1和n（CO）：n（SO2）=1：1之間，反應(yīng)速率介于二者之間，且二氧化硫的轉(zhuǎn)化率和n（CO）：n（SO2）=3：1是相等的，Fe2O3作催化劑時(shí)，曲線a符合，故答案為：a；

（3）反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，NO2與N2O4的消耗速率的關(guān)系為v（NO2）=2v（N2O4），則k1p2（NO2）=2k2p（N2O4），k1=2k2·KP；滿足平衡條件v（NO2）=2v（N2O4）即為平衡點(diǎn)，B、D點(diǎn)的壓強(qiáng)之比等于其反應(yīng)速率之比為1：2，所以B、D為平衡點(diǎn)，故答案為：2k2·KP；BD；

（4）設(shè)SO2和O2起始物質(zhì)的量為2mol和1mol，由SO3的平衡產(chǎn)率為ω可知，平衡時(shí)SO3的物質(zhì)的量為2ω，由題意建立如下三段式：

由三段式可得p(SO3)、p(O2)和p(SO2)分別為×pθ、×pθ、×pθ，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ===，故答案為：。