题目内容
【题目】研究大气污染物的处理,对缓解和治理环境污染、保护我们赖以生存的地球,具有十分重要的意义。
(1)已知:C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=﹣393.5/kJmol
N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180kJ/mol
则C(s)+2NO(g)═CO2(g)+N2(g) 的△H=_____kJ/mol。
(2)在一定温度下,向2L的恒容密闭容器中充入4.0 mol NO2和4.0 mol CO,在催化剂作用下发生反应4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g),测得相关数据如表所示:
t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
n(NO2)/mol | 4.0 | 3.4 | 3.12 | 3.0 | 3.0 |
n(N2)/mol | 0 | 0.30 | 0.44 | 0.50 | 0.50 |
①在0~5 min内,用CO2的浓度变化表示的反应速率为_____。
②此温度下的化学平衡常数K的表达式为_____。
(3)用活性炭还原法处理氮氧化物,有关反应为C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)。某研究小组向2L密闭容器中加入足量的活性炭和一定量的NO,保持温度和体积不变,发生上述反应。
①下列描述能说明上述反应已达平衡的是_____(填标号)。
A.活性炭的质量不再变化
B.容器中气体的密度保持不变
C.2v(NO)正 =v(N2)逆
D.保持不变
②压强为p时,催化剂的催化效率、氮气的生成速率与温度的关系如图所示。当氮气的生成速率主要取决于温度时,对应的温度范围是_____。
(4)肼(N2H4)是无色液体,具有强还原性。
①肼的水溶液显弱碱性,其电离过程与NH3H2O类似,则第一步电离方程式为_____。
②新型N2H4燃料电池产物对环境没有污染,该电池以固体氧化物为电解质(能传导O2﹣)。写出负极的电极反应式_____。
【答案】﹣573.5 0.012mol/(Lmin) K= AB 300~400℃ N2H4H2ON2H5++OH﹣ N2H4﹣4e﹣+2O2﹣=N2↑+2H2O
【解析】
(1)、已知:C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=﹣393.5kJ/mol
N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180kJ/mol
由盖斯定律计算①﹣②得到C(s)+2NO(g)═CO2(g)+N2(g) ;
(2) ①、根据v=计算;
②、根据平衡常数表达式解答;
(3) ①、根据反应可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质),平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,由此衍生的一些物理量不变,以此分析;
②、氮气的生成速率主要取决于温度时,说明此时要把催化剂活性降到最低或者催化效率基本保持不变时,并且随着温度上升,N2生成速率增加,;
(4) ①、肼的水溶液显弱碱性,其电离过程与NH3H2O类似,则第一步电离方程式为:N2H4H2ON2H5++OH﹣(或N2H4+H2ON2H5++OH﹣);
②、燃料电池负极发生氧化反应,N2H4转化为N2,据此解答。
(1)已知:①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H1=﹣393.5/kJmol
②N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H2=+180kJ/mol
所求反应为:C(s)+2NO(g)═CO2(g)+N2(g),反应可由①﹣②得到,根据盖斯定律,△H=△H1﹣△H2=﹣573.5kJ/mol,
故答案为:﹣573.5;
(2)①0~5min内,△n(N2)=0.30mol,则v(N2)===0.003mol/(Lmin),由化学反应速率之比等于化学计量数之比,则v(CO2)=4v(N2)=0.012mol/(Lmin),
故答案为:0.012mol/(Lmin);
②反应为:4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g),则此温度下的化学平衡常数K的表达式为K=,故答案为:K=;
(3)①A.活性炭参加化学反应,随着反应进行,质量发生变化,达到化学平衡时,活性炭质量不变,故A选;
B.容器中气体的密度为,反应前后质量守恒,但由于有固相物质参与,气体质量会发生改变,容器V不变,整个过程混合气体密度改变,可以通过密度变化判断化学平衡,故B选;
C.反应达到平衡时,v正=v逆,应为v (NO)正=2v (N2)逆,故C不选;
D.N2和CO2始终按1:1比例生成,无法判断化学平衡,故D不选,
故答案为:A、B;
②氮气的生成速率主要取决于温度时,说明此时要把催化剂活性降到最低,并且随着温度上升,N2生成速率增加,所以可以控制温度的范围是:300~400℃,
故答案为:300~400℃;
(4)①肼的水溶液显弱碱性,其电离过程与NH3H2O类似,则第一步电离方程式为:N2H4H2ON2H5++OH﹣(或N2H4+H2ON2H5++OH﹣),
故答案为:N2H4H2ON2H5++OH﹣(或N2H4+H2ON2H5++OH﹣);
②燃料电池负极发生氧化反应,N2H4转化为N2,所以电极反应为:N2H4﹣4e﹣+2O2﹣=N2↑+2H2O,
故答案为:N2H4﹣4e﹣+2O2﹣=N2↑+2H2O。