题目内容

(14分)科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(混有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压强1.0×105 Pa、反应时间3 h)：

T／K
303
313
323
353
NH3生成量/(10-6mol)
4.8
5.9
6.0
2.0
相应的热化学方程式如下：N2(g)+3H2O(1)==2NH3(g)+O2(g) △H＝+765.2 kJ/mol  (I)
请回答下列问题：
(1)请在方框内的坐标系中，画出反应(I)在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。

(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3日生成量的建议：                        。
(3)写出工业上用H2和N2直接合成NH3的化学方程式                       ，设在2.0 L的密闭容器中充入0.60mol N2(g)和1.60mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总物质的量之比)为4/7。计算该条件下N2的平衡转化率为          ；反应的平衡常数K＝           (不要求写单位)。

（1）（2）研制新型、高效催化剂
（3）N2（g）+3H2（g）） 2NH3（g）；66.7%；200

解析试题分析：（1）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的，使用催化剂后，活化能降低，故图像为；
（2）根据影响反应速率的因素：温度、浓度、压强、催化剂等外界因素，结合目前广泛使用的工业合成氨方法，可以采用增大压强的方法，此外还可以寻找高效的催化剂。
（3）H2和N2直接合成NH3的化学方程式为N2（g）+3H2（g）） 2NH3（g）。设平衡时有x molN2转化，则
N2（g）+3H2（g）） 2NH3（g）
起始量（mol）  0.6        1.6                   0
变化量（mol）  x           3x                   2x
平衡量（mol）（0.6-x）（1.6-3x）      2x mol
则有： 
解得：x＝0.4（mol）
因此N2的平衡转化率： ×100%＝66.7%
②由①可知，N2、H2、NH3平衡时的物质的量分别为：0.2mol、0.4mol、0.8mol，在2.0L容器中浓度分别为：0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，则该温度下平衡常数K= ＝200。
考点：考查外界条件对反应速率的影响、可逆反应的有关计算等

练习册系列答案
相关题目

2014年初雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)。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)的变化曲线如图所示。据此判断：

①该反应在        能自发进行（填“高温下” 、“低温下” 或“任何温度下”）；
②在T2温度下，0～2 s内的平均反应速率v(N2)＝___________。
（2）煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
在恒压下，将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中，也可以发生化学反应：
CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)  ΔH<0，提高NO2转化率的措施有     

A．增加原催化剂的表面积 B．降低温度
C．减小投料比[n(NO2) / n(CH4)] D．增大压强
（3）在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4，然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下，同时分别发生上述的两个反应：并在t秒时测定其中NOx转化率，绘得图象如图所示：

从图中可以得出的结论是
结论一：在250℃-450℃时，NOx转化率随温度升高而增大，450℃-600℃时NOx转化率随温度升高而减小
推测原因是                                                             
结论二：                                                               

(14分)加大对煤燃烧产生的废气、废渣的处理已刻不容缓。
（1） 对燃煤的废气进行脱硝处理时，可利用甲烷催化还原氮氧化物，如：
CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝a kJ·mol－1
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝b kJ·mol－1
则反应CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
（2） 将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：

2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)；ΔH
① 该反应平衡常数表达式为K＝________。
② 已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如右图所示。该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。若温度不变，减小反应投料比[n(H2) /n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③ 二甲醚燃料电池具有启动快，效率高等优点，若电解质为酸性，二甲醚燃料电池的负极反应为____________________________。

（3） 以CO2为原料合成的碳酸酯(仅含碳、氢、氧三种元素)是用途广泛的化学品，某种碳酸酯(DPC)水解产物之一遇氯化铁溶液显紫色，右图为它的核磁共振氢谱图，请写出DPC的结构简式：____________。
（4） 某电厂的粉煤灰含莫来石(主要成分为Al6Si2O13、SiO2)。将其和纯碱在高温下烧结，可制取NaAlSiO4(霞石)、Na2SiO3和NaAlO2，有关化学方程式(反应条件均为高温)为：
Al6Si2O13＋3Na2CO3===2NaAlSiO4＋4NaAlO2＋3CO2↑
Al6Si2O13＋5Na2CO3===2Na2SiO3＋6NaAlO2＋5CO2↑
SiO2＋Na2CO3===Na2SiO3＋CO2↑
则用1 mol Al6Si2O13和4 mol SiO2通过以上反应制得5 mol NaAlO2，共消耗Na2CO3为________mol。

（17分）H2O2是一种强氧化剂，被广泛应用于水处理及卫生消毒等方面。
（1）H2O2不稳定，当其中含Fe2＋时，会发生反应：
，则Fe2＋在此过程中所起的作用是______________，当生成336mL O2（标准状况）时，反应中转移电子的物质的量为_______mol。
（2）下表是在常压、60℃和不同pH条件下，6mL30% H2O2在60min内释放出氧气的体积。则下列说法正确的是___________。

a．pH越大，H2O2的分解速率越大
b．pH在9左右，H2O2的分解速率最大
c．6mL 30% H2O2分解最多释放出的氧气的体积为639mL
d. pH=5.50时，0～60min内，v(O2)=1.5mL
（3）溶液中H2O2的残留量可用一定浓度的酸性KMnO4溶液来测定，反应中MnO4－
被还原为Mn2＋，该反应的离子方程式为______________。
（4）科学工作者以Ir-Ru/Ti为阳极、ACFC为阴极，在酸性环境、不断通入空气的条件下直接电解水来制备H2O2。电解过程中，阳极区溶液的pH_     （填“增大”“不变”或“减小”），阴极产生H2O2的电极反应式为_______。若不通空气，则阴极得到的产物是_______ 。
（5）己知断裂1mol化学键所需的能量
143,H-O为463。则.

硫酸的消费量是衡量一个国家化工生产水平的重要标志。
（1）一定条件下，SO2与空气反应10 min后，SO2和SO3物质的量浓度分别为1.2 mol/L和2.0 mol/L，则SO2起始物质的量浓度为______；生成SO3的化学反应速率为______。
（2）若改变外界条件，发生SO2与空气反应生成SO3，使10 min内的用O2表示的反应速率为0.15mol/(L·min)，则改变的条件可能是_______________。

A．压缩体积，增大压强B．降低温度C．充入大量的氮气D．仅增加SO2的浓度
（3）工业制硫酸，用过量的氨水对SO2尾气处理，请写出相关的离子方程式：____ _

（16分）化工工业中常用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯。
（1）已知某温度下：
反应①：CO2（g） +H2 （g）→CO（g）  +  H2O（g），ΔH＝ +41.2 kJ/mol
反应②： （g）→（g）+H2（g），ΔH=" +117.6" kJ/mol
②的化学反应平衡常数分别为K1、K2。
请写出二氧化碳氧化乙苯制备苯乙烯的热化学反应方程式                  。该反应的化学平衡常数K＝         （用K1、K2表示）。
（2）对于反应①，恒温恒容条件下，向密闭容器中加入2molCO2和2molH2，当反应达到平衡后，以下说法正确的是     。

A．因为该反应是吸热反应，所以升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小；
B．若继续加入1molCO2、1mol H2，平衡向正反应方向移动；
C．若继续通入1mol CO2则平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大；
D．压缩体积，平衡不移动，反应物和产物的浓度都不变；
（3）温恒容条件下，反应①达到平衡后；t1时刻通入少量CO2；请在下图中画出t1之后的正逆反应曲线，并作出标注。

（4）已知某温度下， Ag2SO4（M＝312g/mol）的溶解度为0.624g/100g H2O，该温度下Ksp（Ag2SO4）＝               ；（两位有效数字）
（5）电解法制备高铁酸钠（Na2FeO4），总反应式为：Fe+2H2O+2OH- ＝ FeO42-+3H2，电解质溶液选用NaOH溶液。该电解池阳极材料是     (写化学式) ；阳极的电极反应式为：     。

（10分，每空2分）  往一个容积为5L的密闭容器中，通入2molN2和3molH2，在一定条件下,发生反应  N2+3H22NH3，2 min后测得容器中生成了1mol NH3，试求：
（1）2 min时，N2的物质的量          ；   （2）2 min时，H2的物质的量浓度           ；
（3）2 min时，H2的转化率            ；   （4）2min内，N2的平均反应速率          ；
（5）N2、H2、NH3的反应速率之比                。

汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。汽车尾气中CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＜0。820 ℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，起始时按照下表进行投料，达到平衡状态，K＝1.0。

起始物质的量
甲
乙
丙
n(H2O)/mol
0.10
0.20
0.20
n(CO)/mol
0.10
0.10
0.20
 
（1）该反应的平衡常数表达式为                                。
（2）平衡时，甲容器中CO的转化率是       。比较下列容器中CO的转化率：乙       甲；丙       甲(填“>”、“＝”或“<”)。
（3）丙容器中，若要通过改变温度，使CO的平衡转化率增大，则温度需要降低才能达到，则降温后的平衡常数K     (填“增大”、“减小”或“不变”)。

环境中常见的重金属污染物有：汞.铅.锰.铬.镉。处理工业废水中含有的和，常用的方法有两种。
方法1　还原沉淀法该法的工艺流程为
。
其中第①步存在平衡2(黄色)＋2H＋(橙色)＋H2O。
(1)写出第①步反应的平衡常数表达式_________________________________。
(2)关于第①步反应，下列说法正确的是________。
A．通过测定溶液的pH可以判断反应是否已达平衡状态
B．该反应为氧化还原反应
C．强酸性环境，溶液的颜色为橙色
(3)第②步中，还原0.1 mol ，需要________mol的FeSO4·7H2O。
(4)第③步除生成Cr(OH)3外，还可能生成的沉淀为________。在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)3(s)  Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp＝10－32，当c(Cr3＋)降至10－5 mol·L－1时，认为c(Cr3＋)已经完全沉淀，现将第③步溶液的pH调至4，请通过计算说明Cr3＋是否沉淀完全(请写出计算过程)：______________________________________________。
方法2　电解法
(5)实验室利用如图装置模拟电解法处理含的废水，电解时阳极反应式为________，阴极反应式为________，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是________________________。

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