- 化学反应与能量
- 共8781题
二甲醚是—种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。
请回答下列问题:
(1)煤的气化的主要化学反应方程式为_______________________________________。
(2)煤的气化过程中产生的有害气体用溶液吸收,生成两种酸式盐,该反应的
化学方程式为__________________________________________________________。
(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);△H=-90.8kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);△H=-23.5kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g);△H=-41.3kJ·mol-1
总反应:3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H= ;
一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是
________________(填字母代号)。
a.高温b.加入催化剂c.减少CO2的浓度d.增加CO的浓度e.分离出二甲醚
(4)已知反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)某温度下的平衡常数为400。
此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
①比时正、逆反应速率的大小:_______
(填“>”、“<”或“=”)。
②若加入CH3OH后,经l0min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=__________;该时
间内反应速率v(CH3OH)=__________________。
正确答案
H2(2分)
(2)H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3(2分)
(3)-246.4kJ·mol―1(2分) C、e(2分)
(3)①>(2分)②0.04mol /L(2分)0.16mol· L―1· In―1(2分)
试题分析:(1)碳和水反应生成一氧化碳和氢气的化学方程式为:C+H2OCO+H2,故答案为:C+H2O
CO+H2;
(2)H2S和H2CO3均是二元酸,它们都存在酸式盐NaHS和NaHCO3,二者反应的化学方程式为H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3,故答案为:H2S+Na2CO3→NaHS+NaHCO3;
(3)由盖斯定律可知,通过①×2+②+③可得所求反应方程式,则△H=-90.8kJ·mol-1×2-23.5kJ·mol-1-41.3kJ·mol-1=-246.4kJ·mol-1,一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,应使平衡向正反应方向移动,可减少CO2的浓度或分离出二甲醚,由于反应放热,升高温度平衡向你反应方向移动,转化率减小,催化剂不影响平衡移动,而增加CO的浓度,CO的转化率反而减小,故答案为:246.4;c;
(4)该反应的平衡常数表达式为:K=,
将所给浓度带入平衡常数表达式:=1.86<400,故反应向正反应方向进行,正反应速率大于逆反应速率;
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
某时刻浓度(mol·L-1):0.44 0.6 0.6
转化浓度(mol·L-1):2x x x
平衡浓度(mol·L-1):0.44-2x 0.6+x 0.6+x
K=
,解得x=0.2mol·L-1,
故平衡时c(CH3OH)=0.44mol·L-1-0.2mol·L-1×2=0.04mol·L-1,
起始时在密闭容器中加入CH3OH,
则起始时甲醇的浓度为0.44moL·L-1+0.6mol·L-1×2=1.64mol·L-1,平衡时c(CH3OH)=0.04mol·L-1,
则10min转化甲醇1.64moL·L-1-0.04moL·L-1=1.6mol·L-1,
所以甲醇的反应速率为v(CH3OH)=="0.16" mol/(L·min),
故答案为:>;1.64 mol·L-1;0.16 mol/(L·min)
我国工业上主要采用以下四种方法降低尾气中的含硫量:
(1)方法1中已知:① CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s) ΔH=-178.3 kJ/mol
②CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s) ΔH=-402.0 kJ/mol
③2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s) ΔH=-2314.8 kJ/mol
写出CaCO3与SO2反应生成CaSO4的热化学方程式:____;此反应的平衡常数表达式为:_____。
(2)方法2中最后产品中含有少量(NH4)2SO3,为测定(NH4)2SO4的含量,分析员设计以下步骤:
①准确称取13.9 g 样品,溶解;
②向溶液中加入植物油形成油膜,用滴管插入液面下加入过量盐酸,充分反应,再加热煮沸;
③加入足量的氯化钡溶液,过滤;
④进行两步实验操作;
⑤称量,得到固体23.3 g,计算。
步骤②的目的是:_____。步骤④两步实验操作的名称分别为: _____、_____。样品中(NH4)2SO4的质量分数:____(保留两位有效数字)。
(3)据研究表明方法3的气配比最适宜为0.75[即煤气(CO、H2的体积分数之和为90%)∶SO2烟气(SO2体积分数不超过15%)流量=30∶40]。用平衡原理解释保持气配比为0.75的目的是:_____。
(4)方法4中用惰性电极电解溶液的装置如图所示。阳极电极反应方程式为_____。
正确答案
(1)2CaCO3(S)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(S)+2CO2(g) ΔH=-2762.2 kJ/mol;K=;
(2)使生成的SO2完全逸出,防止SO2被氧化造成误差;洗涤;干燥; 95%;
(3)还原气体过量可以提高SO2的转化率;
(4)SO32-+H2O-2e-=2H++SO42-;
试题分析:(1)③+②×2-①×2.整理得2CaCO3(S)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(S)+2CO2(g) ΔH=-2762.2 kJ/mol。此反应的平衡常数表达式为K=;(2)向溶液中加入植物油形成油膜,用滴管插入液面下加入过量盐酸,充分反应,再加热煮沸目的是使生成的SO2完全逸出,防止SO2被氧化造成误差步骤④两步实验操作分别是洗涤、干燥;n(BaSO4)=n( (NH4)2SO4)=m/M=23.3g÷233g/mol=0.1mol,m((NH4)2SO4)=n·M=0.1mol×132g/mol=13.2g.所以样品中(NH4)2SO4的质量分数(13.2g÷13.9 g) ×100%= 95%.(3)高温下用水煤气将SO2还原为S的方程式为CO(g)+H2(g)+SO2(g)
S(s)+ CO2(g)+ H2O(g)。由方程式可知反应时它们的物质的量的比为1:1:1.保持气配比为0.75即还原气体过量,目的是可以提高SO2的转化率,使更多的SO2还原为S单质,从而大大降低尾气中的含硫量。(4)用惰性电极电解Na2SO3溶液,阳极电极反应方程式为SO32-+H2O-2e-=2H++SO42-;阴极的电极反应式为2 HSO3-+2e-= H2↑+2SO32-。
I.已知:反应H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH=" —184" kJ/mol
4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=" —115.6" kJ/mol
请回答:
(1)H2与O2反应生成气态水的热化学方程式
(2)断开1 mol H—O 键所需能量约为 kJ
II.试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知某反应的平衡表达式为:,它所对应的化学方程式为:
(2)已知在400℃时,N2 (g)+ 3H2(g) 2NH3(g) △H<0 的K=0.5,则400℃时,在0.5L的反应容器中进行合成氨反应,一段时间后,测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2mol、1mol、2mol,则此时反应v(N2)正 v(N2)逆(填:>、<、=、不能确定)(1分)
欲使得该反应的化学反应速率加快,同时使平衡时NH3的体积百分数增加,可采取的正确措施是 (填序号)(1分)
A.缩小体积增大压强 B.升高温度 C.加催化剂 D.使氨气液化移走
(3)在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:A(g) + 3B(g) 2C(g) + D(s) ΔH,其化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
请完成下列问题:
①判断该反应的ΔH 0(填“>”或“<”) (1分)
②在一定条件下,能判断该反应一定达化学平衡状态的是 (填序号)
A.3v(B)(正)=2v(C)(逆) B.A和B的转化率相等
C.容器内压强保持不变 D.混合气体的密度保持不变
(4)以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示。
①放电时,负极的电极反应式为
②假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8 960 mL。放电完毕后,电解质溶液中各离子浓度的大小关系为
正确答案
Ⅰ(1)2H2(g) + O2(g)= 2H2O(g) ΔH=" —483.6" kJ/mol (2)463.4
Ⅱ (1)C(s)+H2O(g) H2(g) + CO(g)(2)= (1分), A (1分) (3)①>(1分) ② CD (4)①CH4-8e—+10OH—= CO32—+7H2O ②c(K+)>c(HCO3—)>c(CO32—)>c(OH—)>c(H+)
试题分析:Ⅰ、(1)①2Cl2(g)+2H2O(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),△H=-115.6kJ/mol,②H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)△H=-184kJ/mol,依据盖斯定律:①+②×2得到热化学方程式为:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H="-483.6" kJ/mol;(2)依据反应的热化学方程式:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H="-483.6" kJ/mol,△H=断裂化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量="2×436KJ+498KJ-4×H-O=-483.6" kJ,则得到H-O的键能=463.4kJ;
Ⅱ、(1)平衡表达式为:K=C(H2)•C(CO)/C(H2O) ,生成物为CO、H2,反应物含有H2O,三者化学计量数分别为1、1、1,根据元素守恒,故另一反应物为固体C,反应中它所对应反应的化学方程式为C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g);(2)一段时间后,当N2、H2、NH3的物质的量分别为2mol/L、1mol/L、2mol/L时,Qc="4×4" /4×23 =0.5=K,所以该状态是平衡状态,正逆反应速率相等;缩小体积增大压强可使该反应的化学反应速率加快,同时使平衡时NH3的体积百分数增加;(3)①通过图表可知温度升高K值增大,从而可知温度升高平衡向正反应移动,故△H>0。②此反应A(g) + 3B(g) 2C(g) + D(s)是一个气体系数发生变化的反应,故容器内压强保持不变或混合气体的密度保持不变均可使此反应达到平衡。(4)①正极发生还原反应,氧气在正极放电生成氢氧根离子,正极电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-;②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL,物质的量为8.96L/22.4L/mol =0.4mol,根据电子转移守恒可知,生成二氧化碳为(0.4mol×4 )/8 =0.2mol,n(NaOH)=0.1L×3.0mol•L-1=0.3mol,n(NaOH):n(CO2)=0.3mol:0.2mol=3:2,介于1:1与2:1之间,故生成碳酸钾、碳酸氢钾,令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol,则x+y=0.2,2x+y=0.3,解得x=0.1,y=0.1,溶液中碳酸根水解,碳酸氢根的水解大于电离,溶液呈碱性,故c(OH-)>c(H+),碳酸根的水解程度大于碳酸氢根,故c(HCO3-)>c(CO32-),钾离子浓度最大,水解程度不大,碳酸根浓度原大于氢氧根离子,故c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
硫酸盐主要来自地层矿物质,多以硫酸钙、硫酸镁的形态存在。
(1)已知:①Na2SO4(s)=Na2S(s)+2O2(g) ; ΔH1=" +1011.0" kJ · mol-1
②C(s)+O2(g)=CO2(g) ; ΔH2=-393.5 kJ · mol-1
③2C(s)+O2(g)="2CO(g)" ;ΔH3=-221.0 kJ · mol-1
则反应④Na2SO4(s)+4C(s)=Na2S(s)+4CO(g);ΔH4= kJ · mol-1,该反应能自发进行的原因是 ;工业上制备Na2S不用反应①,而用反应④的理由是 。
(2)已知不同温度下2SO2+O22SO3的平衡常数见下表。
1233℃时,CaSO4热解所得气体的主要成分是SO2和O2,而不是SO3的原因是 。
(3)高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。
①750℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是 。
②将上述反应获得的SO2通入含PtCl42-的酸性溶液,可还原出Pt,则反应的离子方程式是 。
③由MgO可制成“镁—次氯酸盐”燃料电池,其装置示意图如图,则正极的电极反应式为 。
正确答案
(1)569 ΔS<0 CO能够保护Na2S不被氧化;(2)1233℃时平衡常数远小于1,气体主要以SO2
和O2的形式存在;(3)CO+2MgSO42MgO+CO2+SO2+SO3
PtCl42-+SO2+H2O===SO42-+4H++4Cl-+Pt↓ Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2。
试题分析:(1)将方程式①+2③得Na2SO4(s)+4C(s)═Na2S(s)+4CO(g)△H3=+1011.0kJ•mol-1+2(-221.0kJ•mol-1)=+569kJ/mol;根据反映方程式可知,反应物都为固体,产物有气体生成,故ΔS<0,ΔG=△H-TΔS,故该反应能自发进行;CO能够保护Na2S不被氧化;(2)1233℃时平衡常数远小于1,气体主要以SO2和O2的形式存在;(3)①用CO还原MgSO4可得到MgO、CO2、SO2和SO3,方程式为CO+2MgSO42MgO+CO2+SO2+SO3;② PtCl42-+SO2+H2O=SO42-+4H++4Cl-+Pt↓; ③由图可知镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg与ClO-、H2O反应生成Cl-与Mg(OH)2,该电池反应的总反应方程式为Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2。
2013年初,全国各地多个城市都遭遇“十面霾伏”,造成“阴霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒。
汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO(g)2CO2+N2。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如下图所示。据此判断:
(1)该反应为 反应(填“放热”或“吸热”):在T2温度下,0~2s内的平均反应速率:v(N2)= ;(2)当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在答题卡上画出 c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(3)某科研机构,在t1℃下,体积恒定的密闭容器中,用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度(具体数据见下表,CO2和N2的起始浓度为0)。
t1℃时该反应的平衡常数K= ,平衡时NO的体积分数为 。
(4)若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是 (填代号)。(下图中v正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量)
(5)煤燃烧产生的烟气也含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。
已知:CH4(g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ • mol-1
2NO2 (g) N2O4 (g) △H=-56.9kJ • mol-1
H2O(g) = H2O(l) △H=-44.0kJ • mol-1
写出CH4催化还原N2O4 (g)生成N2 (g)、CO2 (g)和H2O(l)的热化学方程式 。
正确答案
(1)放热 0.025 mol/(L·s) (各2分,共4分)
(2)见图(在T1S1下方,起点不变、终点在虚线后即可,合理均可)(2分)
(3)5000 L/mol (2分) 2.41% (2分)
(4)B D (共2分,少选得1分,错选不得分)
(5)CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) D H═ —898.1kJ/mol (2分)
试题分析:⑴依据“先拐先平,数值大”的原则,可知:T1>T2,而在T1条件下可知,二氧化碳的含量反而低,可知,升高温度反应逆向移动,因此正向是放热的。化学反应速率等于单位时间内反应物或者生成物浓度的变化量,因此可以确定用二氧化碳表示的化学反应速率就为:0.050 mol/(L·s),再依据化学反应速率之比等于化学计量数之比,可知;用氮气表示的化学反应速率就为:0.025 mol/(L·s)。⑵增大表面积,只是增大反应速率,并不影响二氧化碳的含量,因此,只是反应达到平衡的时间延长,并不影响二氧化碳的量。
⑶ 2NO(g) + 2CO(g) 2CO2 + N2
起始浓度:10-3mol/L 3.6×10-3mol/L 0 0
转化浓度:9.0×10-4mol/L 9.0×10-4mol/L 9.0×10-4mol/L 4.5×10-4mol/L
平衡浓度:10-4mol/L 2.7×10-3mol/L 9.0×10-4mol/L 4.5×10-4mol/L
因此平衡常数:
根椐,平衡时体积比等于物质的量之比,等于浓度之比,所以平衡时NO的体积分数为:
⑷A图中正反应速率反应开始后是减小的,错误;B图中表示的是化学平衡常数随时间的变化,因为是绝热的,而反应又是放热的,所以随着反应的进行,放出的热量散不出去,使反应逆向移动,使得平衡常数减小,但在某一个时刻达到平衡状态。正确;C图中在t1后各自的物质的量还在变化,则不是平衡状态,错误;D图中一氧化氮的质量在t1时刻质量不变,一定是一个平衡状态。正确。
⑸ ①CH4(g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ • mol-1
②2NO2 (g) N2O4 (g) △H=-56.9kJ • mol-1
③H2O(g) = H2O(l) △H=-44.0kJ • mol-1
①-②+③×2:CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) D H═ —898.1kJ/mol
分碳和氮的许多化合物在工农业生产和生活中有重要的作用。
(1)工业上生产硝酸所需要的一氧化氮常用氨气来制备,该反应的化学方程式为 。
(2)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[化学式为CO(NH2)2]。已知:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2 NH4(s) △H="-l59.5" kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H="+116.5" kJ·mol-1
③H2O(1)=H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1
写出CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式
(3)以氨气代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点,已知氨燃料电池使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液,电池反应为:4NH3+3O2=2N2+6H2O。该电池负极的电极反应式为 ;每消耗3.4g NH3转移的电子数为 (阿伏加德罗常数的值用NA表示)。
(4)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H="Q" kJ·mol-1。
在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①T1℃时,该反应的平衡常数K= ;
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是 (填字母编号)。
a.加入一定量的活性炭 b.通人一定量的NO
c.适当缩小容器的体积 d.加入合适的催化剂
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则Q 0(填“>”或“<”)。
正确答案
(1)4NH3+5O24NO+6H2O (2)2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l);△H=-87.0kJ/mol
(3)2NH3+6OH- -6e-=N2+6H2O 0.6NA。(4)①9/16(或0.56) ②bc ③<.
试题分析:(2)由盖斯定律方程式①+②-③得热化学方程式2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l);△H=-87.0kJ/mol;(3)由原电池原理,结合电解质溶液的碱性确定负极反应式为2NH3+6OH- -6e-=N2+6H2O ;每消耗3.4g NH3转移的电子数为0.6NA;(4)由平衡常数的表达式确定T1℃时,该反应的平衡常数K=c(N2)×c(CO2)/c2(NO)=0.56;30min后气体的浓度均增大,所以可能是通入的NO或缩小了容器的体积;升高温度时三种气体的浓度比值与T1℃平衡状态下增大,所以确定平衡逆向移动,Q <0.
考点:元素化合物知识、盖斯定律、原电池原理、化学平衡及其常数。
硝酸工业的基础是氨的催化氧化,在催化剂作用下发生如下反应:
① 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H =" —905" kJ/mol ①主反应
② 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H =" —1268" kJ/mol ②副反应
有关物质产率与温度的关系如甲图。
(1)由反应①②可知反应⑤N2(g) + O2(g)2NO(g)的反应热ΔH=
(2)由图甲可知工业上氨催化氧化生成 NO时,反应温度最好控制在
(3)用Fe3O4制备Fe(NO3)3溶液时,需加过量的稀硝酸,原因一:将Fe4O3中的Fe2+全部转化为Fe3+,
原因二: (用文字和离子方程式说明)。
(4)将NH3通入NaClO溶液中,可生成N2H4,则反应的离子方程式为 。
(5)依据反应②可以设计成直接供氨式碱性燃料电池(如乙图所示),则图中A为 (填“正极”或“负极”),电极方程式为
正确答案
(12分)(每空2分)
(1) +181.5 kJ/mol
(2) 780℃~840℃
(3) 抑制Fe3+的水解;Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+
(4) 2NH3+ClO—=N2H4+Cl—+H2O
(5) 负极 2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O
试题分析:(1)由盖斯定律,(①-②)×1/2可得N2(g)+O2(g)2NO(g),故△H=1/2×(1)由盖斯定律,(①-②)×1/2可得N2(g)+O2(g)
2NO(g),故△H="+181.5" kJ·mol-1,
故答案为:+181.5 kJ·mol-1;
(2)从图象可以看在,反应温度在780~840℃,NO的产率最大,故选择780~840℃,
故答案为:780~840℃;
(3)溶液中铁离子水解Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,过量的硝酸抑制Fe3+的水解,
故答案为:溶液中铁离子水解Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,过量的硝酸抑制Fe3+的水解;
(4)NH3通入NaClO溶液中,生成N2H4,N元素的化合价升高,故Cl元素的化合价应降低,有氯离子生成,根据元素守恒与电荷守恒可知,还有水生成,配平后离子方程式为:2NH3+ClO-=N2H4+Cl-+H2O,
故答案为:2NH3+ClO-=N2H4+Cl-+H2O;
(5)由图可知,A极通入的为氨气,发生氧化反应,为负极,氨气在碱性条件下放电生成氮气与水,电极反应式为:2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O,
故答案为:负极;2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O.
硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在,其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。
(1)已知:重晶石(BaSO4)高温煅烧可发生一系列反应,其中部分反应如下:
BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g) △H=" +" 571.2 kJ・mol—1
BaS(s)= Ba(s)+S(s) △H=" +460" kJ・mol—1
已知:2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=" -221" kJ・mol—1
则:Ba(s)+S(s)+2O2(g)=BaSO4(s) △H= 。
(2)雄黄(As4S4)和雌黄(As2S3)是提取砷的主要矿物原料。已知As2S3和HNO3有如下反应:
As2S3+10H++ 10NO3-=2H3AsO4+3S+10NO2↑+ 2H2O
当反应中转移电子的数目为2mol时,生成H3AsO4的物质的量为 。
(3)向等物质的量浓度Na2S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸至过量。其中主要含硫各物种(H2S、HS—、S2—)的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与滴加盐酸体积的关系如下图所示(忽略滴加过程H2S气体的逸出)。
①含硫物种B表示 。在滴加盐酸过程中,溶液中c(Na+)与含硫各物种浓度的大小关系为 (填字母)。
a.c(Na+)= c(H2S)+c(HS—)+2c(S2—)
b.2c(Na+)=c(H2S)+c(HS—)+c(S2—)
c.c(Na+)=3[c(H2S)+c(HS—)+c(S2—)]
②NaHS溶液呈碱性,若向溶液中加入CuSO4溶液,恰好完全反应,所得溶液呈强酸性,其原因是 (用离子方程式表示)。
(4)硫的有机物()与甲醛、氯化氢以物质的量之比1:1:1反应,可获得一种杀虫剂中间体X和H2O。
及X的核磁共振氢谱如下图,其中 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)为
的核磁共振氢谱图。写出X的结构简式: 。
正确答案
(1)-1473.2 kJ・mol—1
(2)0.4mol
(3)①HS—(或NaHS) c
②Cu2++ HS—=CuS↓+H+
(4)Ⅰ
试题分析:(1)三个热化学方程式分别为①②③,则反应的△H= ③×2-①-②;(2)反应中硝酸作为氧化剂,共转移电子数为10e-,当反应中转移电子的数目为2mol时,生成H3AsO4的物质的量为2÷5=0.4mol;(3)①Na2S与盐酸反应先生成HS-,再生成H2S,分别对应A、B、C三条曲线;此过程中的物料守恒式为c(Na+)=3[c(H2S)+c(HS—)+c(S2—)];②反应生成酸,根据反应条件只能有沉淀生成反应才能发生,即生成CuS为沉淀;(4)分子中含有三种不同环境的氢,苯环两种,个数为2,2,1,所以图1为其图谱;根据图谱确定其含有三种不同环境的氢且数目相同,而—SH中含有1个氢原子,所以应是该官能团反应,根据原子守恒写出结构简式为
。
燃煤废气中的氮氧化物(NOx)、二氧化碳等气体,常用下列方法处理,以实现节能减排、废物利用等。
(1)对燃煤废气进行脱硝处理时,常利用甲烷催化还原氮氧化物,如:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160 kJ·mol-1
则CH4(g)将NO2(g)还原为N2(g)等的热化学方程式为 。
(2)将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为:
2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)
已知一定压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,CO2的转化率见下表:
①若温度升高,则反应的平衡常数K将 (填“增大”、“减小”或“不变”。下同);若温度不变,提高投料比[n(H2) / n(CO2)],则K将 。
②若用甲醚作为燃料电池的原料,请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式
。若通入甲醚(沸点为-24.9 ℃)的速率为1.12 L·min-1(标准状况),并以该电池作为电源电解2 mol·L-1 CuSO4溶液500 mL,则通电30 s后理论上在阴极可析出金属铜 g。
正确答案
(12分)(1)CH4(g) +2NO2(g)=N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) △H=-867 kJ·mol-1(3分)
(2)①减小(2分) 不变(2分) ②CH3OCH3 -12e- +16OH-=2CO32- +11H2O(3分) ③9.6(2分)
试题分析:(1)因盖斯定律,不管化学反应是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。则两式相加,可得反应2CH4(g)+4NO2(g)=2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g),所以反应热△H=-574 kJ/mol--1160 kJ/mol=-1734 kJ/mol 。
(2)①根据表中数据可知,随着温度的升高,CO2的转化率是减小的,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正方应是放热反应。升高温度平衡常数减小。温度不变,提高投料比[n(H2) / n(CO2)],CO2的转化率增大。但平衡常数只与温度有关系,因此平衡常数是不变的。
②原电池中负极失去电子,所以甲醚在负极通入。由于电解质是碱性的,则负极的电极反应式是CH3OCH3 -12e- +16OH-=2CO32- +11H2O。通电30s后成反应的甲醚是1.12 L·min-1×0.5min=0.56L,物质的量是0.56L÷22.4L/mol=0.025mol,因此根据电极反应式可知转移电子的物质的量是0.025mol×12=0.3mol。阴极是铜离子得到电子,电极反应式是Cu2++2e-=Cu,所以生成的铜是0.3mol÷2=0.15mol,质量是0.15mol×64g/mol=9.6g。
点评:该题是中等难度的试题,也是高考中的常见题型。试题贴近高考,难易适中,基础性强,有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性,提高学生的应试能力和学习效率。也有利于培养学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。
100℃时,在1L恒温恒容的密闭容器中,通入0.1 mol N2O4,发生反应:N2O4(g) 2NO2(g);△H=" +57.0" kJ·mol-1,NO2和N2O4的浓度如图甲所示。NO2和N2O4的消耗速率与其浓度的关系如乙图所示,
(1)在0~60s内,以N2O4表示的平均反应速率为 mol·L-1·s-1。
(2)根据甲图中有关数据,计算100℃时该反应的平衡常数K1= =0.36mol.L-1.S-1
若其他条件不变,升高温度至120℃,达到新平衡的常数是k2,则k1 k2(填“>”、“<”或“=”)。(3)反应进行到100s时,若有一项条件发生变化,变化的条件可能是 。
A.降低温度 B.通入氦气使其压强增大 C.又往容器中充入N2O4 D.增加容器体积
(4)乙图中, 交点A表示该反应的所处的状态为 。
A.平衡状态 B.朝正反应方向移动 C.朝逆反应方向移动 D.无法判断
(5)已知N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=" +67.2" kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=" -534.7" kJ·mol-1
N2O4(g) 2NO2(g) △H=" +57.0" kJ·mol-1
则2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H= kJ·mol-1
正确答案
(1)、10-3 (2分); (2)、c2 NO2/ c N2O4(或0.122/0.04)(2分),<(2分)
(3)、A (4分) (4)、B(3分) (5)、-1079.6 (3分,未写“-”号扣1分)
试题分析: (1)由甲图可知,在60s时,N2O4的浓度为0.04 mol·L-1 ,所以以N2O4表示的平均反应速率为v="(0.1-0.04)" mol·L-1÷60s="0.001" mol·L-1·s-1 。
(2)甲图可知在反应到60s时,反应物和生成物的浓度保持不变,所以此时反应达平衡,平衡常数K1=c2(NO2)/ c(N2O4)=0.122/0.04=0.36mol.L-1.S-1 ;因为该反应的焓变△H>0,所以是个放热反应,所以升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大,k1
(3)从图像上来看,100s时,反应物浓度增大,生成物浓度减小,说明平衡逆向移动,所以这一改变的条件可能是降低温度,平衡逆向移动了,A正确;通入不反应的惰性气体对反应无影响,B错误;反应物和生成物的变化量之比为1:2,所以不是改变反应物和生成物的量,C错误;增大容器的体积,系统压强减小,各物质的浓度瞬间改变,且平衡正向移动,所以D错误;故选A。
(4)乙图中交点A表明此刻v(NO2)消耗= v(N2O4)消耗,但v(NO2)生成= 2v(N2O4)消耗,所以v(NO2)生成>v(NO2)消耗,所以反应正向进行,故选B。
(5)根据热化学方程式和盖斯定律可知,所求方程式=2×②+③-①,所以△H=2×△H2+△H3-△H1="-1079.6" kJ·mol-1 。
雾霾已经严重影响我们的生存环境。火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染。
图22-1 图22-2 图22-3
(1)利用甲烷催化还原NOx:
①CH4(g) + 4NO2(g) =" 4NO(g)" + CO2(g) + 2H2O(g) △H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H2=-1160kJ•mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。
(2)将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) △H3
①取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线(见图22-1),则上述CO2转化为甲醇反应的△H3 0(填“>”、“<”或“=”)。
②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图22-2所示。
下列说法正确的是 (填字母代号)。
E.升高温度将使n(CH3OH)/n(CO2)增大
(3)某种脱硫工艺中将烟气经处理后,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥。设烟气中的SO2、NO2的物质的量之比为1∶1,则该反应的化学方程为 。
(4)电化学降解NO3- 的原理如题22-3图所示。
①电源正极为 (填“A”或“B”),阴极反应式为 。
②若电解过程中转移了1mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(△m左-△m右)为 g。
正确答案
(1)CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ•mol-1 (2)①< ②B
(3)12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH4)2SO4+4NH4NO3
(4)①A, 2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH- ②7.2
试题分析:(1)(①+②)÷2可得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ•mol-1
(2)① 由甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线可以看出:当升高温度时甲醇的体积分数减小,说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理:升高温度,化学平衡向吸热反应反应移动,逆反应方向是吸热反应,所以正反应为放热反应,所以△H<0.② CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g)由图可知:反应的容器容积为1L,当反应进行到10分钟时达到平衡,此时CO2的转化率为0.75. CH3OH的平衡浓度为0.75mol/L.A. 此时若向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2,假如平衡不发生移动,由于C(CO2)C(H2)都是原来的2倍,则再次达到平衡时c(CH3OH) ="1.5" mol/L。而实质上这是一个反应前后气体体积不等的可逆反应,增大反应物的浓度,也就增大了压强。增大压强化学平衡向气体体积减小的方向即正反应方向移动。所以当达到新的平衡时c(CH3OH)大于1.5 mol/L。错误。B.由于在反应中CO2和H2是按照1:3关系反应的,投入量也是按照1:3加入的,所以再次达到平衡时,氢气的转化率不变,仍为0.75。正确。C.0~10分钟内,V(CO2)= ΔC/Δt="0.75mol/L÷10min=" 0.075mol/( L•min) .V(H2): V(CO2)=3:1,所以V(H2) ="3" V(CO2)= 3×0.075mol/( L•min) = 0.225mol/( L•min).错误。D.该温度下,反应的平衡常数的值K="{" c(CH3OH)·c(H2O)}÷{ c(CO2)·c3(H2)}=" (0.75×0.75)" ÷{0.25×(3-0.75)3}=0.1975.错误.E.由于该反应的正反应是放热反应,所以升高温度将使平衡逆向移动,n(CH3OH)/n(CO2)减小。错误。正确选项为B。(3)该反应的化学方程为12NH3+3O2+4SO2+ 4NO2+6H2O= 4(NH4)2SO4+4NH4NO3(4)① 由于NO3- →N2 ,得到电子,所以应该接电源的负极,作阴极。即A为电源的正极,B为电源的负极。阴极反应式为2NO3-+10e-+6H2O=N2↑+12OH-。② 电解池右侧NO3-转化成N2,发生还原反应:2 NO3-+10e-+6H2O = N2↑+ 12OH- ,其电极应为阴极,则左侧发生 氧化反应:2H2O―4 e- =O2↑+4H+,其电极作阳极,与其相连的A端为电源的正极;转移1mol电子时,左侧减少0.1molN2,2.8g,右侧生成0.25molO2,8g,1molH+,由于H+可通过质子交换膜由左侧进入右侧,则右侧电解液质量实际减少:2.8g-1g=1.8g,左侧电解液质量实际减少:8g+1g=9g,则两侧质量差为9g -1.8g=7.2g。3- 的原理等的知识。
随着大气污染的日趋严重,“节能减排”,减少全球温室气体排放,研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具体有重要意义。
(1)如图是在101 kPa,298K条件下1mol NO2和1mol CO反应生成1mol CO2和1mol NO过程中的能量变化示意图。
已知:
请写出NO与CO反应生成无污染气体的热化学方
程式: 。
(2)将0.20 mol N02和0.10 mol CO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生反应,在不同条件下,反应过程中部分物质的浓度变化状况如图所示。
①下列说法正确的是 (填序号)。
a.容器内的压强不发生变化说明该反应达到乎衡
b.当向容器中再充人0. 20 mol NO时,平衡向正反应方向移动,K增大
c.升高温度后,K减小,N02的转化率减小
d.向该容器内充人He气,反应物的体积减小,浓度增大,所以反应速率增大
②计算产物NO在0~2 min内平均反应速率v(NO)= mol·L-1·min-1
③第4 min时改变的反应条件为 (填“升温’’、“降温’’)。
④计算反应在第6 min时的平衡常数K= 。若保持温度不变,此时再向容器中充人CO、NO各0.060 mol,平衡将 移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。
(3)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。其负极反应式为 ,当有0.25 mol SO2被吸收,则通过质子(H+)交换膜的H+的物质的量为 mol。
正确答案
(1)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-759.8kJ/mol;(2分)
(2)①c (2分) ②0.015 (2分)③升温 (2分)④1/36 (2分) 逆向(2分)
(3)SO2+ 2H2O-2e-=SO42-+4H+ (2分) 0.5 (2分)
试题分析:(1)由图知298K条件下1mol NO2和1mol CO反应生成1mol CO2和1mol NO 的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)=NO(g) +CO2(g)△H=-234kJ/mol ③;NO与CO反应生成无污染气体是氮气和二氧化碳气体,根据盖斯定律得②-①+2×③即为所求,所以答案是2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-759.8kJ/mol;
(2)①NO2(g)+CO(g)=NO(g) +CO2(g),该反应为反应前后气体物质的量不变的可逆反应,压强始终不变,a错误;b、体积不变,NO的物质的量增加,浓度增大,平衡逆向移动,K不变,错误;c、升高温度后,平衡逆向移动,K减小,N02的转化率减小,正确;d、充入氦气,容器体积不变,所以反应物的浓度不变,平衡不移动,错误答选c;
②在0~2 min内NO的浓度增加0.03mol/L,所以v(NO)="0.03mol/L/2min=0.015" mol·L-1·min-1
③第4 min时反应物浓度增大,生成物浓度减小,说明平衡逆向移动,所以是升温;
④6min时各物质的平衡浓度分别为c(NO2)="0.18" mol·L-1,c(CO)="0.08" mol·L-1,c(NO)=c(CO2)="0.02" mol·L-1,所以K= c(NO)·c(CO2)/c(NO2)·c(CO)=1/36;此时再向容器中充人CO、NO各0.060 mol,则c(NO)·c(CO2)/c(NO2)·c(CO)>1/36,所以平衡逆向移动;
(3)二氧化硫在负极通入,发生氧化反应,电极反应式为SO2+ 2H2O-2e-=SO42-+4H+,当有0.25molSO2被吸收时,转移电子的物质的量是0.5mol,根据得失电子守恒,正极发生O2+4e-+4H+=2H2O,则通过质子(H+)交换膜的H+的物质的量为0.5mol。
工业上用CO生产燃料甲醇。一定温度和容积条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。图1表示反应中的能量变化;图2表示一定温度下,在体积为1L的密闭容器中加入2mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化。
请回答下列问题:
(1)在“图1”中,曲线 (填“a”或“b”)表示使用了催化剂;没有使用催化剂时,在该温度和压强条件下反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的△H= 。
(2)下列说法正确的是
A.起始充入的CO的物质的量为1mol
B.增加CO的浓度,H2的转化率会增大
C.容器中压强恒定时,反应达到平衡状态
(3)从反应开始到建立平衡,v(CO)= ;达到平衡时,c(H2)= ,该温度下CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的化学平衡常数为 。达到平衡后若保持其它条件不变,将容器体积压缩为0.5L,则平衡 移动 (填“正向”、“逆向”或“不”)。
(4)已知CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g);ΔH=-193kJ/mol
又知H2O(l)= H2O(g);ΔH=+44 kJ/mol,请写出32g的CH3OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式 。
正确答案
(1)b -91kJ/mol (2)ABC(3)0.075mol/(L·min) 0.5mo/L 12 正向(4)CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-281kJ/mol(3分)
试题分析:(1)根据图像可知,b曲线能量较低,故b为加入催化剂。根据图像可知△H=419kJ/mol-510kJ/mol=-91kJ/mol。(2)根据图像2可知,起始是加入CO的浓度为1mol/L,10min后达到平衡,平衡时CO的转化率为(1mol/L-0.25mol/L)/1mol/L×100%=75%。生产CH3OH的浓度为0.75mol/L。A选项正确,B选项,根据勒夏特列原理可知,增加CO的浓度,H2的转化率将增大。C选项,由于反应物化学计量数之和不等于产物计量数之和可知,当容器中压强恒定时,反应达到平衡状态。故选择A、B、C。(3)v(CO)=(1mol/L-0.25mol/L)/10min=0.075mol/(L·min)。根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知,消耗n(CO):n(H2)=1:2,故消耗H2的物质的量为0.75mol×2=1.5mol,达到平衡时剩余H2的物质的量为2mol-1.5mol=0.5mol。故浓度为 0.5mo/L。该温度下化学平衡常数为0.75/0.52×0.25=12。反应物化学计量数之和大于产物计量数之和,压缩体积,平衡向正反应方向移动。(4)32gCH3OH为1mol,产物中H2O为2mol,由H2O(l)= H2O(g);ΔH=+44 kJ/mol。故热化学方程式为:CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-281kJ/mol。
氮是地球上含量丰富的一种元素,氮元素的单质和化合物在工农业生产、生活中有重要用途。
(1)根据右下能量变化示意图:
写出CO和NO2反应生成NO和CO2的热化学方程式
(2)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3 (g) ΔH<0,
其平衡常数K与温度T的关系如下表,试判断K1 K2(填“>”、“=”或“<”)
(3)下列各项能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母序号)
a. v(H2)正="3" v(N2)逆
b. 容器内压强保持不变
c. 容器中混合气体的密度保持不变
d.: N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2
(4)氨气极易溶于水,常用下图实验来验证,在标准状况下,烧瓶中的氨水使酚酞变红。
请回答:
①用化学用语说明所得氨水能使酚酞变红的原因 。
②250C时,将一定量的氨水与盐酸混合后pH=7,测该混合溶液中c(Cl-)与c(NH4+)关系为 (填字母序号)
a.c(Cl-)﹥c(NH4+) b.c(Cl-)﹦c(NH4+)
c. c(Cl-)﹤c(NH4+) d.无法判断
正确答案
(8分)
(1)CO(g) +NO2 (g) =CO2(g)+NO (g) ΔH=-234kJ/mol (2分)
(2)> (1分)
(3)a b (2分)
(4)①NH3·H2O NH4++OH- (其他合理答案也给分) (2分)
② b (1分)
试题分析:(1)反应物断化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=反应的焓变,所以△H=134KJ·mol-1-368KJ·mol-1=-234kJ·mol-1;CO和NO2反应生成NO和CO2的热化学方程式为:CO(g)+NO2(g)═CO2(g)+NO (g)△H=-234kJ·mol-1,
答案为:CO(g)+NO2(g)═CO2(g)+NO (g)△H=-234kJ·mol-1;
(2)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0,反应是放热反应,温度升高平衡逆向进行,平衡常数减小,所以K1>K2,故答案为:>;
(3)a.依据正反应速率之比等于化学方程系数之比,V正(H2)=3V正(N2),依据v正(H2)=3v逆(N2)可知V正(N2)=v逆(N2),说明反应达到平衡,a正确;
b.反应前后气体体积分数变化,容器内压强保持不变证明反应达到平衡,b正确;
c.反应过程中气体质量和混合气体体积不变容器中混合气体的密度保持不变,不能证明反应达到化学平衡,c错误;
d.N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2只能说明反应了之比等于系数之比,不能证明反应达到平衡,d错误;
答案为:ab;
(4)①用化学用语说明所得氨水能使酚酞变红的原因,可以利用电离平衡说明,电离方程式为:NH3·H2ONH4++OH-,故答案为:NH3·H2O
NH4++OH-;
②25℃时,依据溶液中存在的电荷守恒为c(H+)+c(NH4+)=c(OH-)+c(Cl-),将一定量的氨水与盐酸混合后pH=7,c(H+)=c(OH-),测该混合溶液中c(Cl-)与c(NH4+)关系相等,答案为:b.
考点 :反应热和焓变;化学平衡常数的含义;化学平衡状态的判断.
汽车内燃机工作时产生的电火花和高温会引起反应:N2(g)+O2(g)=2NO(g),导致汽车尾气中的NO和NO2对大气造成污染。
(1)在不同温度(T1,T2)下,一定量的NO分解产生N2和O2的过程中N2的体积分数随时间t变化如右图所示。根据图像判断反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)为_________反应(填“吸热”或“放热”),随着温度的升高,该反应的平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”,平衡向________移动(填“向左”“向右”或“不”)。
(2)某温度时,向容积为1L的密闭容器中充入5mol N2与2.5molO2,发生N2(g)+O2(g)=2NO(g)反应,2min后达到平衡状态,NO的物质的量为1mol,则2min内氧气的平均反应速率为_________,该温度下,反应的平衡常数K=________。该温度下,若开始时向上述容器中加入的N2与O2均为1mol,则N2的平衡浓度为_______mol/L。
(3)为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染,给汽车安装尾气净化装置。净化装置里装有含Pd等过渡元素的催化剂,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如右图所示
。
写出上述变化中的总化学反应方程式:________________________________________。
(4)用催化还原
的方法也可以消除氮氧化物的污染。例如:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ/mol
写出CH4还原NO2至N2的热化学方程式_______________________________________。
正确答案
(14分)(1)吸热(2分);增大(1分);向右(1分)
(2)0.25mol/(L·min)(2分);(2分);
(2分)
(3)2NO+O2+4CO4CO2+N2(2分)
(4)CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ/mol(2分)
试题分析:(1)根据图象判断,T2曲线先到达平衡,因此反应速率大,温度较高。而温度升高,氮气的体积分数减小,说明升高温度平衡向正反应移动,升高温度向吸热方向进行,故正反应为吸热反应;正方应吸热,因此随着温度的升高,平衡向正反应方向移动,即向右移动,所以该反应的平衡常数K增大。
(2) N2(g)+O2(g)=2NO(g)
起始浓度(mol/L) 5 2.5 0
转化浓度(mol/L) 0.5 0.5 1
平衡浓度(mol/L) 4.5 2.0 1
所以2min内氧气的平均反应速率为0.5mol/L÷2min=0.25mol/(L·min)
该温度下,反应的平衡常数K==
=
若开始时向上述容器中加入的N2与O2均为1mol,则
N2(g)+O2(g)=2NO(g)
起始浓度(mol/L) 1 1 0
转化浓度(mol/L) x x 2x
平衡浓度(mol/L) 1-x 1-x 2x
所以根据K==
可知
=
解得x=
所以N2的平衡浓度为mol/L
(3)NO2为中间产物,反应物为NO、O2、CO,产物为CO2、N2,所以反应的化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2。
(4)根据反应①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol和反应②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ/mol并依据盖斯定律可知,(①+②)÷2即得到反应CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),所以该反应的反应热△H=(-574kJ/mol-1160kJ/mol)÷2=-867kJ/mol。
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