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填空题

目前,消除氮氧化物污染有多种方法。

(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:

①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574 kJ·mol-1

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160 kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44.0 kJ·mol-1

写出CH4 (g)与NO2 (g)反应生成N2 (g) ,CO2(g)和H2O(l)的热化学方程 式_____________________

(2)用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温(TC)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据   是_______

A.容器内CO2的浓度保持不变

B.v(N2)="2" v(NO)

C.容器内压强保持不变  

D.混合气体的密度保持不变

E.混合气体的平均相对分子质量保持不变

②在TC时.该反应的平衡常数为_______(保留两位小数);

③在30  min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是_______

(3)科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为:

2CO+2NON2+2COΔH<0研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率.为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反 应速率的影响规律、某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下表中。

 

①上表中:a=_______,b=________,e=________

②请在给出的坐标图中,画出上表中实验II和实验III条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明相应的实验编号

 

正确答案

(1) CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-955 kJ·mol-1

(2) ①BC②0.56③减小CO2浓度

(3) ①280   1.20×10-3     5.80×10-3

试题分析:(1)根据盖斯定律可知,①+②+③即得到CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-955 kJ·mol-1。(2) ①在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,所以选项B正确;根据方程式可知,反应前后体积是不变的,所以压强始终是不变的,则a不能说明;b中反应速率的方向相反,但不能满足速率之比是相应的化学计量数之比,不正确;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中容积始终是不变的,但质量是变化的;②反应进行到40min时,各种物质的浓度不再发生变化,说明反应已经达到平衡状态,则该反应的平衡常数K=;③由表中的数据可以看到,在40min的时候,NO的浓度变小,说明反应向右进行,则N2和CO2增加,结果是只有N2增加,而CO2反而变小,只能说明是由于减小 CO2的浓度造成反应向右进行,且向右进行使CO2增加的量没有比CO2减小的量多。(3)①因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同,则应控制温度相同,所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响;Ⅱ、Ⅲ比表面积相同,温度不同,则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响;故答案为:280; 1.20×10-3;5.80×10-3;②因Ⅰ、Ⅱ温度相同,催化剂对平衡移动无影响,则平衡不移动,但Ⅱ的速率大,则Ⅱ先达到化学平衡,Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同;而Ⅲ的温度高,则反应速率最大且平衡逆移,即达到化学平衡时c(NO)增大,故答案为:

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煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。

(1)已知在25 ℃、101 kPa时,C(s)、H2(g)和CO(g)燃烧的热化学方程式分别为:

C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1="-393.5" kJ/mol;

H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH2="-241.8" kJ/mol;

CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH3="-283.0" kJ/mol;

①则C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=    ,该反应平衡常数的表达式为K=          ;升高温度,则K值    (填“变大”、“变小”或“不变”)。 

②如果①反应在容积不变的密闭容器中进行,当反应达到平衡时    (填编号)。 

a.v(CO)∶v(H2)=1∶1

b.碳的质量保持不变

c.v(CO)=v(H2O)

d.容器中的压强不变

③在容积不变的密闭容器中进行①反应,可以使c(CO)增大的是    。 

a.升高温度

b.充入He(g),使体系压强增大

c.将H2(g)从体系中分离出来

d.加入催化剂

(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下2组数据:

①实验1中以v(CO2)表示的反应速率为                      。 

②向实验2的平衡混合物中再加入0.4 mol H2O(g)和0.4 mol CO2,达到新平衡时CO的转化率    (填“变大”、“变小”或“不变”)。

正确答案

(1)①+131.3 kJ/mol  变大

②abcd ③ac

(2)①0.16 mol/(L·min) ②变小

(1)①根据盖斯定律,可得ΔH="+131.3" kJ/mol,为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数变大;②a项,生成CO的速率等于生成H2的速率又等于消耗H2的速率,正确;b项,碳的质量保持不变,则气体的量不变,正确;c项,CO的生成速率等于H2O的消耗速率又等于H2O的生成速率,正确;d项,该反应气体计量数之和前后不同,则压强不变,能说明反应达到平衡,正确;③升高温度,平衡正向移动,c(CO)增大,a正确;充入He(g),压强增大,但平衡不移动,c(CO)不变,b错误;将H2(g)从体系中分离出来,平衡正向移动,c(CO)增大,c正确;催化剂不改变平衡状态,d错误。

(2)①可以先求出v(CO)=mol/(L·min)="0.16" mol/(L·min),根据反应速率之比等于计量数之比,

则v(CO2)="0.16" mol/(L·min);

②根据三段式计算,求得平衡状态各物质的物质的量,

       CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量mol:  2   1   0   0

转化量mol:  0.4 0.4 0.4 0.4

平衡量mol:  1.6 0.6 0.4 0.4

容器体积为2 L,则K===,再加入0.4 mol H2O(g)和0.4 mol CO2,Qc===,根据化学平衡常数只与温度有关,即K不变,则平衡逆向移动,故CO转化率变小。

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甲醇是一种很好的燃料,工业上可用多种原料通过不同的反应制得甲醇。

(1)已知在常温常压下:

(2)工业上正在研究利用来生产甲醇燃料的方法,该反应为:

在某温度下,将6mol CO2和8molH2充入容积为2L的密闭容器中,8分钟时达平衡状态,H2的转化率为75%。请回答:

②用CH3OH表示该反应在0-8min内的平均反应速率v(CH3OH)=____.

②此温度下该反应平衡常数K=____________mol;

③若在上述平衡体系中,再充入2mol H2,反应达到平衡后H2的转化率____________75% (填“大于”、“小于”或“等于”)。

(3)一氧化碳与氢气也可以合成甲醇:

①若该反应在恒温恒容条件下进行,下列说法正确的是____;

a.若混合气体的密度不再改变,说明反应已达化学平衡状态

b.反应达到平衡后,通入CH3OH(g)使压强增大,平衡向右移动

c.反应达到平衡后,通入氩气使压强增大,平衡向右移动

d.反应达到平衡后,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小

e.若使用催化剂,会改变反应的途径,但反应的不变

②某温度下,在一个容积为2L的密闭容器中进行该反应,已知此温度下的平衡常数K=50L2/mol2,反应到某时刻测得各组分的物质的量如下:

请比较此时正、逆反应速率的大小:(填“>”、“<”或“=”)

正确答案

(1)-1275.6 (2)① 0.125 mol/(L·min) ②0.5  ③小于   (3)① d e  ② =

试题分析:(1)将①×2+②-③×4得2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)ΔH="{-442.8×2-566-(-44)" ×4}KJ/mol=-1275.6 KJ/mol.

(2)①V(H2)=ΔC(H2)/Δt={(8mol÷2L)×75%}÷8min= 0.375 mol/(L·mol); 3V(CH3OH)= V(H2),所以V(CH3OH)="1/3" V(H2)=0.375mol/(L·mol) ÷3=0.125 mol/(L·min) . ②在反应开始时C(CO2)="3mol/L," C(H2)=4mol/L,C(CH3OH)=0,C(H2O)=0.当反应达到化学平衡时,C(CO2)="2mol/L," C(H2)="1mol/L," C(CH3OH) =1mol/L,C(H2O)="1mol/L." 此温度下该反应平衡常数K="{" C(CH3OH)·C(H2O)} ÷ { C(CO2) · C(H2)}="{1×1}" ÷{2×1}=0.5.③当反应达到平衡后若再充入2mol H2,化学平衡正向移动,但平衡移动消耗的H2的物质的量远远小于投入量,所以 H2的转化率比75% 要小。即当可逆反应达到化学平衡时,加入反应物,能使其它反应物的转化率提高,但它本身的转化率反而降低。

(3)①a由于该反应是在恒温恒容条件下进行,无论反应是否达到平衡混合气体的密度不会发生改变。错误。b.反应达到平衡后,通入CH3OH(g), CH3OH(g)的浓度增大,平衡向左移动。错误。c.反应达到平衡后,通入氩气使压强增大,由于反应混合物个物质的浓度没变,所以平衡不移动。错误。d.反应达到平衡后,升高温度,化学平衡向吸热反应方向即平衡逆向移动,平衡常数减小。正确。e.若使用催化剂,会改变反应的途径,反应速率改变,但不能使化学平衡发生移动。正确。选项为:d e.

②在某时刻C(CO)=0.2mol/L,C(H2)=0.2mol/L,C(CH3OH)="0.4mol/L." C(CH3OH) ÷{ C(CO) ·C(H2)} =" 0.4mol/L" ÷(0.2mol/L×(0.2mol/L)2)= 50L2/mol2=K.所以反应达到化学平衡,此时V=V

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运用反应原理研究氮、硫、氯、碘及其化合物的反应有重要意义。

(1)在反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的混合体系中,SO3的百分含量和温度的关系如下图(曲线上任何一点都表示平衡状态):

①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H        0(填“>”或“<”);若在恒温、恒压时,向该平衡体系中通入氦气平衡将        移动(填“向左”、“向右”或“不”);

②当温度为T1,反应进行到状态D时,V        V(填“>”、“<”或“=”)。

(2)①下图是一定条件下,N2和H2发生可逆反应生成1mol NH3的能量变化图,该反应的热化学反应方程式                 。(△H用含Q1、Q2的代数式表示)

②25°C时,将a mol • L1的氨水与b mol • L1的盐酸等体积混合,所得溶液的pH=7,则c (NH4+)         c(Cl),a        b(填“>”、“<”或“=”);

(3)海水中含有大量以化合态形式存在的氯、碘元素。已知:250C时,Ksp(AgCl)=1.6×1010mol2•L2、Ksp(AgI)=1.5×1016mol2•L2

在 250C时,向 10mL0.002mol•L1的 NaCl溶液中滴入 10mL0.002mol•L1AgNO3溶液,有白色沉淀生成,向所得浊液中继续滴人0.1mol •L1的NaI溶液,白色沉淀逐渐转化为黄色沉淀,其原因是        ,该反应的离子方程式                 

正确答案

(1)①<   向左      ②>

(2)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-2(Q2-Q1)KJ·mol-1

(或1/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g) △H=-(Q2-Q1)KJ·mol-1

②=      >

(3)KSP(AgCl)>KSP(AgI)          AgCl+I-=AgI+Cl-

试题分析:(1)①读图可知,随着温度升高,SO3的百分含量减小,前者使平衡向吸热方向移动,后者说明平衡向逆反应方向移动,因此逆反应是吸热反应,则正反应是△H<0的放热反应;恒温恒压时通入惰性气体,必须增大容器的体积、减小反应物和生成物的浓度,就是减小平衡体系的压强,由于正反应是气态物质体积减小的方向,减小压强使平衡向气态物质体积增大的方向移动,即平衡向左或逆反应方向移动;②SO3的百分含量:D1时的不平衡状态,反应应该向SO3的百分含量增大或正反应的方向进行,所以v>v;(2)①读图可知,生成1molNH3(g)时放出的热量为(Q2—Q1)kJ,则1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)  △H =—(Q2—Q1)kJ•moll,若系数加倍,则N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H =—2(Q2—Q1)kJ•moll;根据电解质溶液中电荷守恒可知,溶液中c(H+)+c(NH4+)=c(Cl)+c(OH),由于25℃时溶液的pH=7,则c(H+)= c(OH),因此溶液中c(NH4+)=c(Cl);由于NH3•H2O+HCl=NH4Cl+H2O,假设a=b,酸碱完全中和后得到的NH4Cl是强酸弱碱盐,所得溶液显弱酸性,pH<7,因此盐酸一定要不足,氨水一定要适当过量,所以a>b;(3)由于NaCl=Na++Cl,则c(Cl)=0.002mol•L―1,由于AgNO3=Ag++NO3,则c(Ag+)=0.002mol•L―1;等体积混合后,c(Cl)=0.001mol•L―1、c(Ag+)=0.001mol•L―1;由于AgCl(s)Ag++Cl,则Qc(AgCl)=10―3 mol•L―1×10―3 mol•L―1=10―6 mol2•L2> Ksp(AgCl),故有白色沉淀生成;由于Ksp(AgCl)> Ksp(AgI),根据沉淀转化的规律可知,白色沉淀容易转化为黄色沉淀,即AgCl(s)+IAgI(s)+Cl,该反应的平衡常数K=c(Cl)/c(I)="[" c(Ag+)•c(Cl)]/[ c(Ag+)•c(I)]=Ksp(AgCl)/Ksp(AgI)= 1.6×1010/1.5×1016=1.07×106>105,因此正反应几乎进行到底,则该反应为AgCl(s)+I=AgI(s)+Cl

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尿素(H2NCONH2)是一种非常重要的高氮化肥,在工农业生产中有着非常重要的地位。

(1)工业上合成尿素的反应如下:

2NH3(l)+CO2(g)H2O(l)+H2NCONH2(l)  △H=-103.7 kJ·mol-1

下列措施中有利于提高尿素的生成速率的是           

(2)合成尿素的反应在进行时分为如下两步:

第一步:2NH3(l)+CO2(g) H2NCOONH4(氨基甲酸铵)(l) △H1

第二步:H2NCOONH4(l) H2O(l)+H2NCONH2(l)  △H2

某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和l mol二氧化碳,实验测得反应中各组分随时间的变化如下图I所示:

①已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第    步反应决定,总反应进行到   min时到达平衡。

②第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上图II所示,则△H2    0(填“>” “<” 或 “=”)

(3)在温度70-95℃时,工业尾气中的NO、NO2可以用尿素溶液吸收,将其转化为N2

①尿素与NO、NO2三者等物质的量反应,化学方程式为

                                                            

②已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g).△H=180.6 kJ·mol-1

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=-92.4 kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)  △H=-483.6 kJ·mol-1

则4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)  △H=    kJ·mol-1

(4)尿素燃料电池结构如上图III所示。其工作时负极电极反应式

可表示为                                                   。

正确答案

(1)A B C (2分)

(2)①2(2分); 55(2分)② >(2分)

(3)①CO(NH2)2+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O(2分)

②―1627.2kJ·mol―1(2分)

(4)CO(NH2)2+H2O―6=CO2+N2+6H(2分)

试题分析:(1)2NH3(l)+CO2(g)=H2O(l)+H2NCONH2(l)△H=-103.7kJ·mol-1,反应是放热反应,反应前后气体体积减小;有利于提高尿素的生成速率需要依据影响化学反应速率的因素进行分析,

A.采用高温,反应是放热反应,平衡逆向进行,但反应速率增大,A符合;

B.反应由气体参加,反应前后气体体积减小,采用高压,增大压强,反应正向进行,反应速率增大,B符合;

C.寻找更高效的催化剂,催化剂可以加快反应速率,但不改变平衡,C符合;

D.减小体系内CO2浓度平衡逆向进行,反应速率减小,D不符合;

故答案为:ABC;

(2)①由图象可知在15分钟左右,氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应,氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡,发生的是第二部反应,从曲线斜率不难看出第二部反应速率慢,所以已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第二步决定,由图象变化可知当进行到55分钟时,反应达到平衡,

故答案为:2;55;

②第二步反应的平衡常数K随温度的升高增大,说明反应是吸热反应,△H2>0,故答案为:>;

(3)①工业尾气中的NO、NO2可以用尿素溶液吸收,将其转化为N2,尿素与NO、NO2三者等物质的量反应,生成二氧化碳、氮气和水,反应的化学方程式为:CO(NH22+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O,故答案为:CO(NH22+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O;

②a、N2(g)+O2(g)═2NO(g).△H=180.6kJ·mol-1

b、N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ·mol-1

c、2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ·mol-1

依据盖斯定律c×3-2×b-2×a得到,4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)═4N2(g)+6H2O(g)△H=-1627.2KJ·mol-1,故答案为:―1627.2KJ·mol-1

(4)依据尿素燃料电池结构,尿素在负极发生氧化反应失电子生成二氧化碳和氮气,氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,酸性介质中实际生成水,负极电极反应为:

CO(NH22+H2O-6e=CO2+N2+6H;正极电极反应为O2+4H+4e=2H2O,故答案为:CO(NH22+H2O-6e=CO2+N2+6H

下一知识点 : 热化学方程式的书写及正误判断
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