题目内容

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)  ΔH=?867 kJ·mol-1。该反应可用于消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃时,分别将0.50 molCH4和a molNO2充入1L的密闭容器中发生反应,测得有关数据如下表:

实验编号
温度
 
时间
0
10
20
40
50
1
130℃
n(CH4)/mol
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
2
180℃
n(CH4)/mol
0.50
0.30
0.18
 
0.15
 
(1)开展实验1和实验2的目的是                                         
(2)180℃时,反应到40min,体系    (填“是”或“否”)达到平衡状态,理由是                                               ;CH4的平衡转化率为       
(3)已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4,试计算a的值。(写出计算过程)
(4)一定条件下,反应时间t与转化率μ(NO2)的关系如图所示,请在图像中画出180℃时,压强为P2(设压强P2>P1)的变化曲线,并做必要的标注。

(5)根据已知求算:ΔH2=                   
CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)    ΔH1=?574 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    ΔH2

(16分)有效数字错误或无单位运算或无作答,总扣1分
(1)研究温度对该化学平衡的影响(2分)
(2)是(1分)   温度升高,反应加快,对比实验1,高温下比低温下更快达到平衡状态。可确定40min时反应已经达平衡状态(2分)      70%(2分)
(3)          CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始浓度(mol/L):  0.5       n             0       0          0
变化浓度(mol/L):  0.40     0.80           0.40    0.40        0.80
平衡浓度(mol/L):   0.10    n-0.80          0.40    0.40        0.80 (2分)
则:,解得a=1.2    
答:a的值为1.2  (2分)
(4)
(2分,无标注扣1分)     
(5)?1160kJ/mol(3分)

解析试题分析:(1)控制变量进行探究才能尽快得出合理结论,依题意可知,实验1和2的研究目的是温度对化学平衡的影响,其他条件保持不变,仅仅反应温度分别为130℃、180℃;(2)130℃时,反应到40min时甲烷的物质的量保持不变,说明已达平衡,升高温度,反应速率增大,达到平衡的时间缩短,则180℃时,反应到40min,体系一定达到平衡状态;由于平衡时甲烷的物的量保持不变,读表可知平衡时甲烷为0.15mol,由于起始时甲烷为0.50mol,则甲烷的平衡转化率=(0.50—0.15)mol/0.50mol×100%=70%;(3)根据表中数据,130℃时:
CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始浓度(mol/L)  0.5     n         0     0       0
变化浓度(mol/L)  0.4    0.8        0.4   0.4      0.8
平衡浓度(mol/L)  0.1   n—0.8      0.4   0.4      0.8
则130℃时该反应的K=[c(N2)×c(CO2)×c2(H2O)]/[c(CH4)×c2(NO2)]=(0.4×0.4×0.82)/[0.1×(n—0.8)2]=6.4, 解得:n=1.2;
(4)180℃、P1变为180℃、P2,就是增大压强,则反应速率增大,平衡左移,二氧化氮的平衡转化率减小,因为正反应是气体体积增大的反应;画图要点为:①起点与180℃、P1时相同;②未达平衡前,180℃、P2时曲线位于180℃、P1时曲线的左边;③180℃、P2时达到平衡的时间小于180℃、P1时;④平衡时,180℃、P2时曲线位于180℃、P1时曲线的下边;
(5)CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)  ΔH=?867 kJ·mol-1,由于系数加倍焓变也加倍,则2CH4(g)+4NO2(g)2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)  ΔH=?2×867 kJ·mol-1,由于CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)    ΔH1=?574 kJ·mol-1,根据盖斯定律,前者减去后者可得CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),且焓变等于?1160kJ/mol,故ΔH2=?1160kJ/mol。
考点:考查化学反应原理大题,涉及控制变量实验、温度对化学平衡的影响、平衡转化率的计算、根据平衡常数求反应物的起始量、压强对化学反应速率和化学平衡的影响图像、盖斯定律、热化学方程式等。

练习册系列答案
相关题目

(16分)某小组同学利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,倒入大试管中迅速振荡混合均匀,再加入硫酸,开始计时,通过测定混合溶液褪色所需时间来判断反应的快慢(已知反应方程式为:5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O)。该小组设计了如下方案。

编号
H2C2O4溶液
KMnO4溶液
硫酸溶液
温度/℃
 
浓度
(mol/L)
体积
(mL)
浓度
(mol/L)
体积
(mL)
 
 

0.10
2.0
0.010
4.0
4mL  4mol/L
25

0.20
2.0
0.010
4.0
4mL  4mol/L
25

0.20
2.0
0.010
4.0
4mL  4mol/L
50
(1)探究温度对化学反应速率影响的组合实验编号是__________(填编号,下同);探究反应物浓度对化学反应速率影响的组合实验编号是__________。
(2)该小组同学由此实验发现反应进行一些时间后,有一时间段反应速率不断加快。同学们分析除了反应放热使体系温度升高外,可能还有其它原因,他们联想到教材上的科学探究实验,推断出反应混合溶液中的__________(填化学式)也加速了此反应的进行。
(3)上述实验①中充分反应后H2C2O4过量,假设理论上能通过用酸性KMnO4溶液滴定的方法来测定反应混合液中过量的H2C2O4,请回答下列问题:
①取用反应混合液的滴定管用__________滴定管(填“酸式”或“碱式”,下同),盛装KMnO4溶液的滴定管用__________滴定管。
②下列操作中可能使测出的H2C2O4剩余量比理论值偏低的是__________。
A.读取酸性KMnO4溶液体积时,开始仰视读数,滴定结束时俯视读数
B.滴定前盛放反应混合液的锥形瓶用蒸馏水洗净但没有干燥
C.盛装KMnO4溶液的滴定管滴定前有气泡,滴定后气泡消失
D.盛装KMnO4溶液的滴定管未润洗就直接注入酸性KMnO4溶液
③此滴定实验是否需要滴加指示剂________(填“是”或“否”);怎么确定此滴定的终点:_________。

某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O72转化为Cr3。某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4 ·4H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下
(1)在25°C下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,作对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

实验编号
初始
pH
废水样品
体积/mL
草酸溶液
体积/mL
蒸馏水
体积/mL

4
 
10
30

5
60
10
 

 
60
 
20
 
测得实验①和②溶液中的Cr2O72浓度随时间变化关系如图所示。

(2)实验①和②的结果表明_______________________________;
(3)该课题组队铁明矾[Al2Fe(SO4)4 ·4H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:Fe2起催化作用;假设二:             ;假设三:             ;……
(4)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。(除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。(溶液中Cr2O72的浓度可用仪器测定)
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
取_______________________________代替实验①中的铁明矾,控制其他反应条件与实验①相同,进行对比实验
反应进行相同时间后
若溶液中的Cr2O72浓度____________________________则假设一成立;
若溶液中的Cr2O72浓度____________________________则假设一不成立;
 

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