Question

【题目】碳和氮的化合物在生产生活中广泛存在。回答下列问题：

(1)催化转化器可使汽车尾气中的主要污染物（CO、NOx、碳氢化合物）进行相互反应，生成无毒物质，减少汽车尾气污染。

已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5 kJ/mol；

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=－221.0 kJ/mol；

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=－393.5 kJ/mol

则尾气转化反应2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的△H=___________。

(2)氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。在773 K时，分别将2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间(t)的关系如表所示：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n(H2)/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n(NH3)/mol	0	1.00	1.60	1.80	1.98	2.00	2.00

①该温度下，若向同容积的另一容器中投入N2、H2、NH3，其浓度均为3 mol/L，则此时v正____v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

②由表中的实验数据可得到“c—t”的关系，如图所示，表示c(N2)—t的曲线是______。在此温度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)—t的曲线上相应的点为________。

(3)NOx的排放主要来自于汽车尾气，有人利用反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=-34.0kJ/mol，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示：

①由图可知，在1100K时，CO2的体积分数为__________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=______[已知：气体分压(P分)=气体总压(Pa)×体积分数]。

(4)在酸性电解质溶液中，以惰性材料作电极，将CO2转化为丙烯原理如图所示

①太阳能电池的负极是_______(填“a”或“b”)

②生成丙烯的电极反应式是___________。

Answer 1

【答案】-746.5 kJ /mol 大于 乙 B 20% 4 a 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O

【解析】

(1)根据盖斯定律将已知的热化学方程式，根据③×2-②-①叠加可得相应热化学方程式；

(2)①由表中数据可知，25min达到平衡，根据物质反应转化关系，计算出各种物质的瓶内浓度，得到该温度下的化学平衡常数，将物质的此时浓度带入浓度商计算并与K比较判断；

②c(N2)从2mol/L减小为1mol/L，在此温度下，若起始充入4 mol N2和12 molH2，压强为原来的2倍，增大压强平衡正向移动，则3mol/L<c(H2)<6mol/L；

(3)①由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升高而增大，反应速率加快；图中1100K时，NO的转化率为40%，假设反应开始时NO的物质的量为a，根据NO的转化率及物质反应转化关系，计算出平衡时各种气体的物质的量，利用阿伏加德罗定律及其推论计算体积分数；

②根据1050K、1.1×106Pa时，NO的转化率为80%，计算出平衡时各种气体的物质的量，结合气体分压(P分)=气体总压(Pa)×体积分数，以此计算Kp；

(4)由图可知，阴极上CO2得到电子生成丙烯，则a为负极，以此来解答。

(1)由于反应热与反应途径无关，只与物质的始态和终态有关，所以根据盖斯定律③×2-②-①进行叠加，可得相应热化学方程式：NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ /mol；

(2)由表中数据可知，25min达到平衡，平衡时各种物质的浓度c(NH3)=2.0mol/L，c(H2)=3.0mol/L，c(N2)=1.0mol/L，则该温度下的化学平衡常数K==。

①该温度下，若向同容积的另一容器中投入N2、H2、NH3，其浓度均为3.0 mol/L，则Qc==<K，说明反应正向进行，v正>v逆；

②c(N2)从2mol/L减小为1mol/L，则表示c(N2)-t的曲线是乙，在此温度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，压强为原来的2倍，增大压强，化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，则3mol/L<c(H2)<6mol/L，且浓度增大，反应速率加快，则达到平衡时，表示c(H2)-t的曲线上相应的点为B；

(3)①由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升髙而增大，其原因为1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大；图中1100K时，NO的转化率为40%，则根据反应方程式C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，假设反应开始时NO的物质的量为a，平衡时NO为0.6a，N2为0.2a，CO2为0.2a，由于在同温同压下，气体的体积比等于气体的物质的量的比，则CO2占的体积分数=×100%=20%；

②1050K、1.1×106Pa时，NO的转化率为80%，则根据反应方程式C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，假设反应开始时NO的物质的量为a，平衡时NO为0.2a，N2为0.4a，CO2为0.4a，气体的总物质的量为0.2a+0.4a+0.4a=a。气体分压=气体总压×气体的体积分数，则化学平衡常数Kp==4；

(4)①由图可知，阴极上CO2中的C得到电子，发生还原反应，所以太阳能电池的负极是a；

②在a电极上生成丙烯的电极反应式是3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O。