Question

【題目】氮、碳氧化物的排放會對環境造成污染。多年來化學工作者對氮、碳的氧化物做了廣泛深入的研究并取得一些重要成果。

I．已知2NO（g）+O2（g）2NO2（g）的反應歷程分兩步：

第一步：2NO（g）N2O2（g） （快） H1<0；

v1正=k1正c2（NO） ；v1逆=k1逆c（N2O2）

第二步：N2O2（g）+O2（g）2NO2（g） （慢） H2< 0；

v2正=k2正c（N2O2）c（O2）；v2逆=k2逆c2（NO2）

①在兩步的反應中，哪一步反應的活化能更大___（填“第一步”或“第二步”）。

②一定溫度下，反應2NO（g）+O2（g）2NO2（g）達到平衡狀態，請寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數表達式K=____________；

II．(1)利用CO2和CH4重整不僅可以獲得合成氣（主要成分為CO、H2），還可減少溫室氣體的排放。已知重整過程中部分反應的熱化方程式為：

① CH4（g）=C（s）+2H2（g） ΔH1＞0

② CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） ΔH2＞0

③ CO（g）+H2（g）=C（s）+H2O（g） ΔH3＜0

則反應CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）的ΔH=______________________（用含 ΔH1 、ΔH2 、 ΔH3的代數式表示）若固定n（CO2）=n（CH4），改變反應溫度，CO2和CH4的平衡轉化率見圖甲。

同溫度下CO2的平衡轉化率大于CH4的平衡轉化率，原因是_________。

(2)在密閉容器中通入物質的量均為0.1mol的CH4和CO2，在一定條件下發生反應CO2（g） + CH4（g） 2CO（g） + 2H2（g），CH4的平衡轉化率與溫度及壓強（單位Pa）的關系如圖乙所示。y點：v（正）_____v（逆）（填 “大于”“小于”或“等于”）。已知氣體分壓（p 分）=氣體總壓（p 總）× 氣體的物質的量分數。用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數Kp，求x 點對應溫度下反應的平衡常數Kp=__________________。

III．根據2CrO42﹣+2H+ Cr2O72﹣+H2O設計如圖丙裝置（均為惰性電極）電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，圖丙中左側電極連接電源的_________極，電解制備過程的總反應化學方程式為_________。測定陽極液中Na和Cr的含量，若Na與Cr的物質的量之比為a：b，則此時Na2CrO4的轉化率為_________。若選擇用熔融K2CO3作介質的甲烷（CH4）燃料電池充當電源，則負極反應式為________________。

Answer 1

【答案】第二步 ΔH1 +ΔH2 -ΔH3 CO2發生了其他副反應 大于 負 4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑ （2﹣）×100% CH4﹣8e﹣+4CO32﹣=5CO2+2H2O

【解析】

Ⅰ. ①總反應的快慢由反應慢的一步決定，慢反應所需要的活化能更大，故答案為：第二步；

②因為反應達到平衡狀態，所以v1正=v1逆，v2正=v2逆，所以v1正v2正=v1逆v2逆，即k1正c2（NO）×k2正c（N2O2）c（O2）=k1逆c（N2O2）k2正c（N2O2），則，故答案為：；

Ⅱ.(1)將已知的三個反應重新組合，反應1+2-3，得到反應CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g），根據蓋斯定律得ΔH=ΔH1 + ΔH2 - ΔH3，反應方程式中CH4和CO2的化學計量數之比為1:1，投料比也為1:1，因此二者轉化率應該相同，但是所給的轉化率圖像中，CO2轉化率曲線高于CH4轉化率曲線，可能是CO2發生了一些副反應造成的，故答案為：ΔH1 +ΔH2-ΔH3；CO2發生了其他副反應；

(2) 反應CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）是個氣體體積增大的反應，壓強越大，CH4的轉化率越小，由圖可知相同溫度下，P1條件下的轉化率大于P2，則P1小于P2，壓強為P2時，在Y點反應未達到平衡，則反應正向移動，所以v(正)>v(逆)，由圖可知該溫度下X所處條件下的平衡時甲烷的轉化率為50%，則有：

總物質的量=0.3mol，總壓為P2，其平衡常數，故答案為：大于；；

Ⅲ. 根據2CrO42-+2H+===Cr2O72-+H2O，電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，應在酸性條件下進行，即右側電極生成H+，則消耗OH-，發生氧化反應，右側為陽極，則左側為陰極，電解電源的負極，電解制備過程的總反應方程式為4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑，設加入反應容器內的Na2CrO4為1mol，反應過程中有x mol Na2CrO4轉化為Na2Cr2O7，則陽極區剩余Na2CrO4為(1-x)mol，對應的n(Na)=2(1-x)mol，n(Cr)=(1-x)mol，生成的Na2Cr2O7為mol，對應的n(Na)=x mol，n(Cr)=x mol，根據Na與Cr的物質的量之比為a:b，解得x=，轉化率為。

若選擇用熔融K2CO3作介質的甲烷燃料電池充當電源，則負極反應式為CH4﹣8e﹣+4CO32﹣=5CO2+2H2O，故答案為；負；4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑；（2﹣）×100%；CH4﹣8e﹣+4CO32﹣=5CO2+2H2O。