题目内容

【题目】.利用甲烷催化还原NOx消除氮氧化物的污染

CH4(g)4NO2(g)4NO(g)CO2(g)2H2O(g) ΔH1=-574kJ·mol1

CH4(g)4NO(g)2N2(g)CO2(g)2H2O(g) ΔH2=-1 160kJ·mol1

CH4(g)2NO2(g)N2(g)CO2(g)2H2O(g) ΔH3=-867kJ·mol1

1)如果三个反应的平衡常数依次为K1K2K3,则K3___(K1K2表示)

2)在2L恒容密闭容器中充入1molCH42molNO2进行反应③,CH4的平衡转化率α(CH4)与温度和压强的关系如图所示。

①若容器中的压强为p2y点:v____(大于”“等于小于”)v逆。

x点对应温度下反应的平衡常数K___

.甲烷蒸气转化法制H2的主要反应为:CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)

3)在恒容密闭容器中充入2 mol CH4H2O(g)的混合气体,且CH4H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下达到平衡时测得H2的体积分数φ(H2)x的关系如图所示。

CH4的转化率:a____(“>”““<”,下同)b点,CH4(g)的浓度:a_____b点,氢气的产率:a____b点。

.4)根据以下三个热化学方程式:2H2S(g)+3O2(g)=SO2(g) +2H2O(l) ΔH=-Q1kJ·mol-12H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(l) ΔH=-Q2kJ·mol-12H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(g) ΔH=-Q3kJ·mol-1,判断Q1Q2Q3的大小关系是___

【答案】 大于 0.25 > = = Q1>Q2>Q3

【解析】

(1)依据已知的热化学方程式利用盖斯定律构造CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),然后根据关系式得到平衡常数的关系;

(2)y趋向平衡时,甲烷的转化率应增大;

x点甲烷的转化率为50%,以此计算平衡时各物质的浓度,可计算平衡常数;

(3)两种反应物存在,增加其中一种反应物的量,能使另一种反应物的转化率提高,根据反应方程式分析ab两点CH4H2O的浓度关系和氢气的产率大小;

(4)依据焓变的含义和反应物质的聚集状态变化,反应的进行程度进行分析判断,结合盖斯定律的内容分析物质转化的能量变化。

(1)CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1160kJmol-1;由盖斯定律×(+)得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),已知三个反应的平衡常数依次为K1K2K3,则K3==

(2)y趋向平衡时,甲烷的转化率应增大,即反应正向进行,v正大于v逆;

②在恒容(2L) 密闭容器中充入1molCH42moINO2进行(1)中反应,x点甲烷的转化率为50%

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

起始(mol/L) 0.5 1 0 0 0

转化(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

平衡(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

K===0.25

(3)两种反应物存在,增加其中一种反应物的量,能使另一种反应物的转化率提高,aH2O的含量相对较大,所以aCH4的转化率更高;根据反应方程式分析,CH4H2O是按照11反应的,aCH4H2O的物质的量之比为911bCH4H2O的物质的量之比为119,所以二者平衡时aCH4的浓度等于bH2O(g)的浓度;由于二者CH4H2O按物质的量11反应,所以交换二者的起始充入量之比不改变化学平衡,即达到平衡时氢气的产率a点等于b点;

(4)2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(1)H=-Q1KJ/mol,②2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(1)H=-Q2KJ/mol,③2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(g)H=-Q3KJ/mol;反应②③相比,生成气态水和生成液态水相比,生成液态水放出的热量多,所以Q2Q3;反应①②相比,②反应生成的单质硫转化为二氧化硫时放出热量,所以QlQ2;综上所述Q1Q2Q3三者大小关系为:QlQ2Q3

练习册系列答案
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【题目】I. CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此,控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。

已知反应Fes+CO2gFeOs+COg)的平衡常数为K1

反应Fes+H2OgFeOs+H2g)的平衡常数为K2

在不同温度时K1K2的值如下表:

温度

K1

K2

973K

1.47

2.38

1173K

2.15

1.67

1)推导反应CO2g+H2gCOg+H2Og)的平衡常数KK1K2的关系式:_________,判断该反应是_____________反应(填“吸热”或“放热”)。

II. T1温度下,体积为2L的恒容密闭容器,加入4.00molX2.00molY,发生化学反应 2X(g)+Y(g) 3M(g)+N(s) H<0

部分实验数据如下:

t/s

0

500

1000

1500

n(X)/mol

4.00

2.80

2.00

2.00

2)当反应达到平衡后,其他条件不变,分离出部分M,则新平衡时,正反应速率相对于原平衡____________(填“增大”、“减小”、或“不变”)。

3)该反应达到平衡时某物理量随温度变化如下图所示。纵坐标可以表示的物理量有哪些____

aY的逆反应速率

bM的体积分数

c.混合气体的密度

dX的转化率

4)反应达到平衡后,若再加入3.00molM3.00molN,下列说法正确的是_____________

A.重新达平衡后,用X表示的υ()比原平衡大

B.重新达平衡后,M的体积分数小于50%

C.重新达平衡后,M的物质的量浓度是原平衡的15

D.重新达平衡后,Y的平均反应速率与原平衡相等

5)若容器为绝热恒容容器,起始时加入4.00molX2.00molY,则达平衡后M的物质的量浓度____________1.5mol/L(填“大于”、“小于”或“等于”)

【题目】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)CO2SO2等气体,严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。

I. 脱硝:

已知:H2的燃烧热为285.8kJ·mol1

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol1

H2O(g)=H2O(l) ΔH=44kJ·mol1

催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为:______

II. 脱碳:

(1)2L密闭容器中加入2mol CO26mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)

该反应自发进行的条件是_____(填“低温”、“高温”或“任意温度”)

下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_____(填字母)

a. 混合气体的平均式量保持不变 b. CO2H2的体积分数保持不变 c. CO2H2的转化率相等

d. 混合气体的密度保持不变 e. 1 mol CO2生成的同时有3 mol HH键断裂

(2) 改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见表:

反应时间

CO2(mol)

H2(mol)

CH3OH(mol)

H2O(mol)

反应I:恒温恒容

0min

2

6

0

0

10min

4.5

20min

1

30min

1

反应II:绝热恒容

0min

0

0

2

2

①达到平衡时,反应III对比:平衡常数K(I)___K(II)(填“>”“<”或“=”下同);平衡时CH3OH的浓度c(I)___c(II)

②对反应I,前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=_____。在其他条件不变的情况下,若30 min时只改变温度T2℃,此时H2的物质的量为3.2 mol,则T1____T2(填“>”、“<”或“=)。若30 min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)1 mol H2O(g),则平衡_____移动(填“正向”、“逆向”或“不”)

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