题目内容

汽车尾气中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃烧所产生的CO.为了减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:
2NO(g)+2CO(g)
催化剂
2CO2(g)+N2(g)△H=a kJ?mol-1
为了测定在某种催化剂作用下该反应的反应速率,t1℃下,在一等容的密闭容器中,某科研机构用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度如表1(CO2和N2的起始浓度为0).
表1
时间/s 0 1 2 3 4 5
c(NO)/×10-4mol?L-1 10.0 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00
c(CO)/×10-3mol?L-1 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70
回答下列问题:
(1)在上述条件下该反应能自发进行,则正反应必然是
 
反应(填“放热”或“吸热”).
(2)前3s内的平均反应速率v(N2)=
 
;t1℃时该反应的平衡常数K=
 

(3)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时改变下列条件,能提高NO转化率的是
 

A.选用更有效的催化剂             B.升高反应体系的温度
C.降低反应体系的温度             D.缩小容器的体积精英家教网
(4)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率.根据表2设计的实验测得混合气体中NO的浓度随时间t变化的趋势如图1所示:
实验编号 T/℃ NO初始浓度/mol?L-1 CO初始浓度/mol?L-1 催化剂的比表面积/m2?g-1
350 1.20×10-2 5.80×10-2 124
280 1.20×10-2 5.80×10-2 124
280 1.20×10-3 5.80×10-3 82
则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的实验编号依次为
 

(5)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180.5kJ?mol-1   
 2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H2=-221.0kJ?mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H3=-393.5kJ?mol-1
则处理汽车尾气反应中的a=
 

(6)用活性炭还原法也可以处理氮氧化物,有关反应为:C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)△H4.向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,在t2℃下反应,
有关数据如表3.
NO N2 CO
起始浓度mol.L-1 0.10 0 0
平衡浓度/mol.L-1 0.04 0.03 0.03
平衡后升高温度,再次达到平衡测得容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则△H4
 
O(填“>”、“=”或“<”).
分析:(1)根据△G=△H-T?△S<0能自发进行判断;
(2)计算出NO的反应速率,根据反应速率与化学计量数的关系可计算v(N2),计算出平衡时各物质的浓度,可计算平衡常数;
(3)能提高NO转化率,应使平衡向正向移动,结合温度、浓度等外界条件对平衡移动的影响解答;
(4)利用影响化学反应速率及化学平衡的因素来分析;
(5)利用盖斯定律计算反应热;
(6)由浓度的比值关系可知,升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应.
解答:解:(1)由反应能够自发进行,则△H-T△S<0,由方程式可知△S<0,则只有该反应的△H<0时,即该反应一定是放热才有可能自发进行,故答案为:放热;
(2)前3s内的平均反应速率v(N2)=
1
2
v(N0)=
1
2
×
10.0×10-4mol/L-1.50×10-4mol/L
3s
=1.42×10-4 mol?L-1?S-1
由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡,则
          2NO+2CO
 催化剂 
.
 
2CO2+N2
开始1.00×10-3 3.60×10-3    0   0
转化9×10-4 9×10-4 9×10-4 4.50×10-4
平衡1.00×10-4 2.70×10-3 9×10-4 4.50×10-4
则 K=
(4.50×10-4)?(9×10-4)2
(1.00×10-4)?(2.7×10-3)2
=5000,
故答案为:1.42×10-4 mol?L-1?S-1;5000(mol?L-1 )-1
(3)A.选用更有效的催化剂,不能使平衡发生移动,故A错误;
B.升高反应体系的温度,因反应放热,则平衡逆向移动,转化率减小,故B错误;
C.降低反应体系的温度,平衡正向移动,转化率增大,故C正确;
D.缩小容器的体积,平衡正向移动,转化率增大,故D正确,
故答案为:CD;
(4)由于②、③温度相同,催化剂对平衡移动无影响,化学平衡不移动,达到相同的平衡状态,但②的起始浓度较大,催化剂的比表面积较大,则反应的速率大,所以②先达到化学平衡,则Ⅰ为③,Ⅱ为②的图象,而①的温度高,则反应速率最大且平衡向着逆向移动,即达到化学平衡时c(NO)增大,则①对应Ⅲ图象,
故答案为:③②①;
(5)已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180.5kJ?mol-1
②2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H2=-221.0kJ?mol-1
③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H3=-393.5kJ?mol-1
将③×2-①-②可得2NO(g)+2CO(g)
催化剂
2CO2(g)+N2(g)△H=2×(-393.5kJ?mol-1)-(-221.0kJ?mol-1)-(+180.5kJ?mol-1)=-746.5kJ?mol-1
故答案为:-746.5;
(6)由浓度的比值关系可知,升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,故答案为:<.
点评:本题考查较为综合,涉及盖斯定律的应用、平衡移动的影响以及相关计算,侧重于学生的分析能力、计算能力的考查,为高考常见题型,难度较大.
练习册系列答案
相关题目
在汽车上安装三效催化转化器,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.
(1)已知:N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ?mol-1
2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-221.0kJ?mol-1
C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5kJ?mol-1
①尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)△H=
-746.5 kJ?mol-1
-746.5 kJ?mol-1

②已知:N2、O2分子中化学键的键能分别是946kJ?mol-1、497kJ?mol-1,则NO分子中化学键的键能为
631.25
631.25
kJ?mol-1
(2)某研究性学习小组在技术人员的指导下,在某温度时,按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率,用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:

时间/s 0 1 2 3 4 5
c(NO)(×10-4mol?L-1 10.0 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00
c(NO)(×10-3mol?L-1 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
①前3s内的平均反应速率v(N2)=
1.42×10-4
1.42×10-4
mo?L-1?s-1
②在该温度下,反应的平衡常数K=
5000
5000
.(只写出计算结果)
③该可逆反应△S
0(填“>”、“<”或“=”),在
低温
低温
(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行.
(3)CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动.下列说法错误的是
B
B

A.负极的电极反应式为:CO+O2--2e-═CO2
B.工作时电极b作正极,O2-由电极a流向电极b
C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b
D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高.
CO2、SO2、NOx是对环境影响较大的气体,控制和治理CO2、SO2、NOx是解决温室效应、减少酸雨和光化学烟雾的有效途径.
(1)有效“减碳”的手段之一是节能.下列制氢方法最节能的是
C
C
.(填字母序号)
A.电解水制氢:2H2O
 电解 
.
 
2H2↑+O2
B.高温使水分解制氢:2H2O
 高温 
.
 
2H2↑+O2
C.太阳光催化分解水制氢:2H2O
 TiO2 
.
 
2H2↑+O2
D.天然气制氢:CH4+H2OCO+3H2
(2)CO2可转化成有机物实现碳循环.在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3mol H2,一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如上左图所示.
①从3min到10min,v(H2)=
0.107
0.107
mol/(L?min)-1
②能说明上述反应达到平衡状态的是
D
D
(选填编号).
A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1:1(即图中交叉点)
B.混合气体的密度不随时间的变化而变化
C.单位时间内每消耗3mol H2,同时生成1mol H2O
D.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
(3)新型氨法烟气脱硫技术的化学原理是采用氨水吸收烟气中的SO2,再用一定量的磷酸与上述吸收产物反应.该技术的优点除了能回收利用SO2外,还能得到一种复合肥料,该复合肥料可能的化学式为
(NH43PO4
(NH43PO4
(只要求写一种).
(4)在汽车上安装三效催化转化器,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.某研究性学习小组探究某种催化剂在不同空燃比(空气与燃油气的质量比)条件下对汽车尾气的催化效果.在一定条件下,测得尾气中的主要污染物的转化率与空燃比的关系如上右图所示.空燃比约为
c
c
时,催化剂对汽车尾气的催化效果最好.(填a、b、c、d)
完成下列各题:
(1)K2Cr2O7(橙色)、Cr2(SO43(绿色)、K2SO4、H2SO4、C2H5OH、CH3COOH和H2O分别属于同一氧化还原反应中的反应物和生成物,该反应原理可以用于检查司机是否酒后开车.
①若司机酒后开车,检测仪器内物质显示出
绿色
绿色
色.
②写出并配平该反应的化学方程式:
2K2Cr2O7+3C2H5OH+8H2SO4=2Cr2(SO43+3CH3COOH+2K2SO4+11H2O
2K2Cr2O7+3C2H5OH+8H2SO4=2Cr2(SO43+3CH3COOH+2K2SO4+11H2O

③如果在反应中生成1mol氧化产物,转移的电子总数为
2.408×1024或4NA
2.408×1024或4NA

(2)在汽车上安装三效催化转化器,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)△H=+180.5kJ/mol
2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H=-221.0kJ/mol
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol
①尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=
-746.5kJ/mol
-746.5kJ/mol

②为了提高尾气转化的反应的速率和NO的转化率,采取的正确措施为
B
B

A.加催化剂同时升高温度              B.加催化剂同时增大压强
C.升高温度同时充入N2               D.降低温度同时增大压强
③该反应达到平衡时若增大压强,则混合气体的平均相对分子质量
增大
增大
,若升高温度,则该反应的平衡常数
减小
减小
(均填“增大”、“减小”或“不变”).
(3)已知NH4A溶液为中性,又知将HA溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,试推断:
①(NH42CO3溶液的pH
7(填<、>、=).
②相同温度下,等物质的量浓度的下列四种盐溶液按pH由大到小的排列顺序为
c>a>b>d
c>a>b>d
.(填序号)
a.NH4HCO3         b.NH4A        c.(NH42CO3        d.NH4Cl.

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