题目内容

6.运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义.
(1)用活性炭还原法可以处理氮氧化物.某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)△H=Q kJ/mol.在T1℃时,反应进行到不同时间(min)测得各物质的浓度(mol/L)如下:

   时间
浓度
01020304050
NO1.000.680.500.500.600.60
N200.160.250.250.300.30
CO200.160.250.250.300.30
①30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是ad (填字母编号).
a.通入一定量的NO   b.加入一定量的活性炭   c.加入合适的催化剂   d.适当缩小容器的体积
 ②若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q<0(填“>”或“<”).
(2)某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究,测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如1图所示,利用以下反应:NO+CO?N2+CO2(有CO),2NO?N2+O2(无CO)

①若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为该反应是放热反应,升高温度反应更有利于向逆反应方向进行;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制最佳温度在870℃左右.
②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染.写出C2H6与NO2发生反应的化学方程式4C2H6+14NO2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO2+7N2+12H2O.
 ③以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图所示,在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y,则该电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5

(3)天然气的一个重要用途是制取H2,其原理为:CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g).
 ①在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol•L-1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图2所示,则压强P1小于 P2(填“大于”或“小于”);压强为P2时,在Y点:v(正)大于v(逆)(填“大于”、“小于”或“等于”).
②天然气也可重整生产化工原料,最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X.由质谱分析得X的相对分子质量为106,其核磁共振氢谱如图3,则X的结构简式为

分析 (1)①反应前后是气体体积不变的反应,图表数据分析可知一氧化氮,氮气,二氧化碳浓度都增大,说明改变的条件是缩小体积增大浓度,或加入一氧化氮达到新平衡后个物质浓度增大;
②若30min后容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2:1;1,升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,说明平衡逆向进行,逆反应方向是吸热反应,正反应为放热反应;
(2)升高温度,发现NO的分解率降低,说明反应向逆反应方向进行,该反应放热,据此解答即可;
(3)①该反应正向为体积增大的方向,压强越大,CH4的转化率越小;压强为P2时,在Y点反应未达到平衡,则反应正向移动;
②已知X的相对分子质量为l06,设其分子式为CxHy,由$\frac{106}{12}$可知x=8,y=10,再根据质谱图中有2个峰,判断分子中含有2种环境的H.

解答 解:(1)①30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,图表数据分析可知一氧化氮,氮气,二氧化碳浓度都增大;
a.通入一定量的NO,反应正向进行,达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大,故a符合;
b.加入一定量的活性炭是固体,对平衡无影响,故b不符合;
c.加入合适的催化剂,只能改变化学反应速率,不能改变平衡,浓度不变,故c不符合;
d.适当缩小容器的体积,反应前后是气体体积不变的反应,平衡不动,但个物质浓度增大,符合要求,故d符合;故答案为:ad;
②若30min后,达到平衡时容器中NO、N2、CO2的浓度之比2:1:1,升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,所以平衡逆向进行,逆向是吸热反应,正反应方向是放热反应Q<0;故答案为:<;
(2)①升高温度,发现NO的分解率降低,说明反应向逆反应方向进行,该反应放热;由图可知,在$\frac{n(NO)}{n(CO)}$=1的条件下,870℃时,NO还原为N2的转化率为100%,故答案为:该反应是放热反应,升高温度反应更有利于向逆反应方向进行;870℃;
②C2H6与NO2发生反应生成无毒的N2、CO2和H2O,反应为4C2H6+14NO2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO2+7N2+12H2O,故答案为:4C2H6+14NO2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO2+7N2+12H2O;
③燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应,即NO2+NO3--e-=N2O5,故答案为:NO2+NO3--e-=N2O5
(3)①该反应正向为体积增大的方向,压强越大,CH4的转化率越小,已知相同温度下,P1条件下的转化率大于P2,则P1小于P2;压强为P2时,在Y点反应未达到平衡,则反应正向移动,所以v(正)大于v(逆);故答案为:小于;大于;
②芳香烃X,已知X的相对分子质量为l06,设其分子式为CxHy,由$\frac{106}{12}$可知x=8,y=10,说明分子中含有一个苯环,另外含有2个C原子,再根据质谱图中有2个峰,可知分子中含有2种环境的H,则分子结构对称,所以其结构简式为;故答案为:

点评 本题考查了原电池原理、方程式的书写、化学平衡常数、平衡移动、有机物分子式的确定等,题目涉及的知识点较多,侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力,题目难度中等.

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