题目内容
(16分)汽车尾气中的CO、NOX已经成为大气的主要污染物,使用稀土等催化剂能将CO、NOX、碳氢化合物转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。
(1)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1 ①
2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2 ②
C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3 ③
写出NO与CO催化转化成N2和CO2的热化学方程式(反应热用△H1、△H2、△H3表示): 。
(2)在容积相同的两个密闭容器内(装有等量的某种催化剂),分别充入同量的NOx及C3H6,在不同温度下,同时发生以下反应:
18NO(g)+2C3H6(g)9N2(g)+6CO2(g)+6H2O(g);
18NO2(g)+4C3H6(g)9N2(g)+12CO2(g)+12H2O(g);
并分别在t秒时测定其中NOX的转化率,绘得图像如下图所示:
① 从图中可以得出的结论是
结论一:相同温度下, 。
结论二: 。
② 上述NO2和C3H6反应达平衡后,可提高NO2
转化率的措施有 。(填编号)
A.加入催化剂 | B.降低温度 |
C.分离出H2O(g) | D.增大压强 |
部分反应生成碳氧血红蛋白(Hb·CO),在37℃时:CO+Hb·O2O2+Hb·CO K=220
实验表明,Hb·CO的浓度即使只有Hb·O2浓度的2%,也可造成人的智力损伤。抽烟后,测得平衡时人体肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10-6 mol·L-1和10-2 mol·L-1。请问,抽烟会造成人的智力损伤吗?(写出计算过程)
(16分)
(1)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=2△H3△H2△H1
(4分;方程式、反应热各2分,配平正确但状态无写或标注错误扣1分)
(2)① 结论一: NO转化率比NO2的低 (2分)
结论二:在250°C~450°C时,NOX转化率随温度升高而增大,450°C~600°C时NOX转化率随温度升高而减小 (2分;其他合理答案也给分)
② BC (3分;只答对一个得1分,错选不给分)
(3)(5分) 肺部CO和O2的浓度分别为10-6 mol·L-1和10-2 mol·L-1,
(2分)
>2% (2分)
故:抽烟会造成人的智力损伤。 (1分)
解析试题分析:(1)根据盖斯定律,目标方程式=③×2-①-②,所以所求热化学方程式为
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=2△H3△H2△H1
(2)① 从图中可以看到,二氧化氮的转化率曲线在NO转化率曲线的上方,所以得出的结论是,相同温度时,NO转化率比NO2的低;结论二:从曲线的变化情况可知,在250°C~450°C时,NOX转化率随温度升高而增大,450°C~600°C时NOX转化率随温度升高而减小;同时也可以说明,温度升高NOX转化率降低,则NOX转化反应是放热反应;
②A、加入催化剂,只能加快反应速率,不能改变平衡,所以二氧化氮的转化率不会提高,错误;B、有①的分析知该反应是放热反应,降低温度,平衡正向移动,二氧化氮的转化率提高,正确;C、分离出水蒸气,使生成物浓度降低,平衡正向移动,提高二氧化氮的转化率,正确;D、增大压强,平衡逆向移动,二氧化氮的转化率降低,错误,答案选BC;
(3)由K=220可知,220=c(O2)c(Hb·CO)/ c(Hb·O2) c(CO),CO和O2的浓度分别为10-6 mol·L-1和10-2 mol·L-1。所以c(Hb·CO)/ c(Hb·O2)=220×10-6 mol·L-1/10-2 mol·L-1=2.2%>2%,所以抽烟会造成人的智力损伤。
考点:考查盖斯定律的应用,对图像的分析,平衡常数的应用,转化率的判断
下列热化学方程式中,ΔH的绝对值能表示可燃物的燃烧热的是( )
A.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5 kJ·mol-1 |
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-802.3 kJ·mol-1 |
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1 |
D.CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1 |
(14分)图a是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,图b是反应中的CO和NO的浓度随时间变化的示意图。根据题意回答下列问题
(1)写出NO2和CO反应的热化学方程式 。
(2)从反应开始到平衡,用NO2浓度变化表示平均反应速率v(NO2)= 。
(3)此温度下该反应的平衡常数K= ;温度降低,K (填“变大”、“变小”或“不变”)
(4)若在温度和容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:
容 器 | 甲 | 乙 | 丙 |
反应物投入量 | 1 mol NO2 1 mol CO | 2 mol NO 2 mol CO2 | 1 mol NO2、1 mol CO 1 mol NO、1 mol CO2 |
平衡时c(NO) /mol·L-1 | 1.5 | 3 | m |
能量变化 | 放出a kJ | 吸收b kJ | 放出c kJ |
CO或NO的转化率 | α1 | α2 | α3 |
则:α1+α2= , a+b/2= ,m=
(17分)CO和H2的混合气体俗称合成气,是一种重要的工业原料气,可以在一定条件下制备甲醇,二甲醚等多种有机物。工业上利用天然气(主要成分为CH4)与水进行高温重整制备合成气。
(1) 已知:CH4、H2和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol、285.8kJ/mol和283.0kJ/mol,且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。写出甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气的热化学方程式 。
(2)在一定条件下,向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4和0.60mol H2O(g),测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示:
时间/min 物质 浓度 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
CH4 | 0.2mol·L—1 | 0.13 mol·L—1 | 0.1 mol·L—1 | 0.1 mol·L—1 | 0.09 mol·L—1 |
H2 | 0 mol·L—1 | 0.2 mol·L—1 | 0.3 mol·L—1 | 0.3 mol·L—1 | 0.33 mol·L—1 |
②3min时改变的反应条件是____________________(只填一种条件的改变)
(3)已知温度、压强、投料比X〔n(CH4)/n(H2O)〕对该反应的影响如图所示。
①图1中的两条曲线所示投料比的关系X1____X2(填“=”“>”或“<”下同)
②图2中两条曲线所示的压强比的关系:p1_______p2
(4)以天然气(设杂质不参与反应)、KOH溶液为原料可设计成燃料电池
①放电时,正极的电极反应式_______________________________________
②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L,放电过程中没有气体逸出,则放电完毕后,所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为 ____。
(16分)工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下:
(1)工业生产时,制取氢气的一个反应为:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。t℃时,往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气。反应建立平衡后,体系中c(H2)=0.12mol·L-1。则该温度下此反应的平衡常数K= (填计算结果)。
(2)合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知,表中T1 300℃(填“>”、“<”或“=”)。
T/℃ | T1 | 300 | T2 |
K | 1.00×107 | 2.45×105 | 1.88×103 |
(3)氨气在纯氧中燃烧生成一种单质和水,科学家利用此原理,设计成“氨气-氧气”燃料电池,则通入氨气的电极是 (填“正极”或“负极”);碱性条件下,该电极发生反应的电极反应式为 。
(4)用氨气氧化可以生产硝酸,但尾气中的NOx会污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,反应机理为:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -574kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -1160kJ·mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。
(5)某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂,测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图。据图分析,若不使用CO,温度超过775K,发现NO的转化率降低,其可能的原因为 ;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制的最佳温度在 左右。