题目内容
【题目】超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为:2NO+2CO2CO2+N2(降温后该反应的平衡常数变大)为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
时间(s) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
c(NO)(mol/L) | 1.00×10﹣3 | 4.50×10﹣4 | 2.50×10﹣4 | 1.50×10﹣4 | 1.00×10﹣4 | 1.00×10﹣4 |
c(CO)(mol/L) | 3.60×10﹣3 | 3.05×10﹣3 | 2.85×10﹣3 | 2.75×10﹣3 | 2.70×10﹣3 | 2.70×10﹣3 |
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
(1)反应的Q___0(填写“>”、“<”、“=”)。
(2)前2s内的平均反应速率v(N2)=___。
(3)计算在该温度下,反应的平衡常数K=___。
(4)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是___。
A.选用更有效的催化剂
B.升高反应体系的温度
C.降低反应体系的温度
D.缩小容器的体积
(5)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂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面实验设计表中。
实验 编号 | T(℃) | NO初始浓度 (mol/L) | CO初始浓度 (mol/L) | 催化剂的比表面积(m2/g) |
Ⅰ | 280 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | 82 |
Ⅱ | ___ | ___ | ___ | 124 |
Ⅲ | 350 | ___ | ___ | 124 |
①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。
②请在给出的坐标图中,画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线的实验编号___。
【答案】> 1.88×10-4molL-1s-1 5000 C、D 280 1.20×10-3 5.80×10-3 1.20×10-3 5.80×10-3
【解析】
(1)结合平衡随温度变化情况分析;
(2)根据v=计算平均反应速率v(NO),再计算v(N2);
(3)反应2NO+2CO2CO2+N2的反应的平衡常数表达式K=
,再结合平衡时各物质的浓度计算平常常数;
(4)结合影响平衡移动的因素分析;
(5)①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响,所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变,让温度、比表面积其中一个量变化,Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响,因此可确定Ⅱ中温度为280℃;
②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响,因此可确定Ⅱ中温度为280℃;Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同,研究的是温度对速率的影响;Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同,温度不同,研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响;绘图时,要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小:Ⅱ与Ⅰ温度相同,平衡不移动,平衡浓度相同,但Ⅱ催化剂比表面积增大,达平衡时间短;Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同,Ⅲ温度高,温度升高,不仅达平衡时间缩短,平衡向左移动,使NO的平衡浓度也增大。
(1)其反应2NO+2CO2CO2+N2平衡后降温,该反应的平衡常数变大,说明降温平衡正向移动,即正反应放热,即反应的Q>0;
(2)前2s内的平均反应速率v(NO)==0.375×10-4mol/(L·s),则v(N2)=
×0.375×10-4mol/(L·s)≈1.88×10-4molL-1s-1;
(3)反应2NO+2CO2CO2+N2的反应的平衡常数表达式K=
,4s后反应达到平衡,此时平衡浓度c(NO)= 1.00×10-4molL-1、c(CO)= 2.70×10-3molL-1、c(CO2)=9.0×10-4molL-1、c(N2)= 4.5×10-4molL-1,则在该温度下,反应的平衡常数K=
=5000;
(4)A.选用更有效的催化剂,可改变反应速率,但不改变平衡的移动,对NO的转化率无影响,故A错误;
B.升高反应体系的温度,平衡逆向移动,降低NO的转化率,故B错误;
C.降低反应体系的温度,平衡正向移动,提高NO的转化率,故C正确;
D.缩小容器的体积,压强增大,平衡正向移动,提高NO的转化率,故D正确;
故答案为CD;
(5)①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响,所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变,让温度、比表面积其中一个量变化,Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响,因此可确定Ⅱ中温度为280℃,故上表空格中填入剩余的实验条件数据为:Ⅱ、280;1.20×10-3;5.80×10-3;Ⅲ、1.20×10-3;5.80×10-3;
②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响;Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同,研究的是温度对速率的影响;Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同,温度不同,研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响;绘图时,要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小:Ⅱ与Ⅰ温度相同,平衡不移动,平衡浓度相同,但Ⅱ催化剂比表面积增大,达平衡时间短;Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同,Ⅲ温度高,温度升高,不仅达平衡时间缩短,平衡向左移动,使NO的平衡浓度也增大,三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图为:。
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【题目】(1)水溶液中的离子平衡是中学化学中重要知识。
①常温下,0.001mol/LNaOH溶液的pH=____;
②(NH4)2SO4是一种重要的氮肥,长期施用会使土壤酸化,其原因是_______(用离子方程式表示);
③已知在25℃:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq) Ksp=1.8×10-10,Ag2S(s)
2Ag+(aq)+S2-(aq) Ksp=6.3×10-50,向KCl和K2S浓度均为0.001mol/L的混合溶液中,逐滴加入AgNO3溶液,最先产生的沉淀是_____(填“AgCl”或“Ag2S”)。
(2)甲醇是可再生能源,其燃烧热为726.5kJ·mol-1。下列能正确表示甲醇燃烧的热化学方程式的是____(填字母代号)。
A.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=+726.5kJ·mol-1
B.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=726.5kJ·mol-1
C.CH3OH+O2=CO2+2H2O △H=726.5kJ·mol-1
(3)800℃,向某恒容密闭容器中充入反应物A,发生反应2A(g) 2B(g)+C(g) △H<0。已知A的浓度随时间的变化如下:
反应时间((min) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
c(A)(mol/L) | 1.0 | 0.80 | 0.67 | 0.58 | 0.43 | 0.50 | 0.50 |
请回答下列问题:
①在10-20min内,A的平均反应速率为________mol/(L.min);
②不能说明该反应达到化学平衡状态的是__________(填字母代号);
A.容器内气体密度不再变化 B.容器内气体平均摩尔质量不再变化 C.容器内气体的压强不再变化
③800℃时,平衡常数K=_________;
④若温度将为600℃,其平衡常数K将________(填“增大”、“减小”、或“不变”)。
(4)如图所示,闭合S后不久,可观察到滤纸a端附近呈蓝色,则:
①滤纸b端与电源__________(填“正极”或“负 极”)相连;
②滤纸a端发生的电极反应式为________。