题目内容

2013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该反应的ΔH　　0(填“>”或“<”)。 
②在T2温度下,0～2 s内的平均反应速率v(N2)=　　　　。 
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是　　　　(填代号)。 


(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①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。
例如:
CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)     ΔH1="-867" kJ/mol
2NO2(g)N2O4(g)   ΔH2="-56.9" kJ/mol
写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(g)和H2O(g)的热化学方程式:　                 。 
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为　                   。 
(1)①<　②0.025 mol/(L·s)
③

④bd
(2)①CH4(g)+N2O4(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)   ΔH="-810.1" kJ/mol
②CO2+2H++2e-HCOOH
(1)③温度越高反应速率越大,催化剂接触面积越大反应速率越大,反应到达平衡的时间越短。

④a.反应达到平衡状态时,各物质的反应速率不再变化,故错误。b.该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,相当于升高温度,当温度不变时,化学平衡常数不变,故正确。c.二氧化碳和一氧化氮的物质的量相等时,该反应不一定达到平衡状态,故错误。d.反应达到平衡状态时,各物质的质量分数不再发生变化,故正确。
(2)①将第一个方程式减第二个方程式得:
CH4(g)+N2O4(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)   ΔH="-810.1" kJ/mol。
②催化剂b表面上二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲酸,所以发生的电极反应式为:
CO2+2H++2e-HCOOH。
练习册系列答案
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甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋260 kJ·mol－1
已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)  ΔH＝－566 kJ·mol－1
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为_______________________________
(2)如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________(填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是______________________________
②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度________；
③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－以外还含有________(忽略水解)；
④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)。
2012年11月16日，5名男孩被发现死于贵州省毕节市七星关区街头垃圾箱内，经当地公安部门初步调查，5名男孩是因在垃圾箱内生火取暖导致CO中毒而死亡。
(1)CO中毒是由于CO与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白，反应的化学方程式可表示为CO＋HbO2O2＋HbCO，实验表明，c(HbCO)即使只有c(HbO2)的 ，也可造成人的智力损伤。已知t ℃时上述反应的平衡常数K＝200，吸入肺部O2的浓度约为1.0×10－2 mol·L－1，若使c(HbCO)小于c(HbO2)的，则吸入肺部CO的浓度不能超过______mol·L－1。
(2)有如下三个与CO相关的反应：
Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝Q1，平衡常数K1
Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)　ΔH＝Q2，平衡常数为K2
H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝Q3，平衡常数为K3
在不同的温度下K1、K2、K3的数值如下：
T/℃
K1
K2
K3
700
1.47
2.38
0.62
900
2.15
1.67
 
 
请回答下列问题：
①Q1、Q2、Q3的关系式：Q3＝________。
②K1、K2、K3的关系式：K3＝________，根据此关系式可计算出上表中900 ℃时，K3的数值为________(精确到小数点后两位)。可进一步推断反应H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)为________(填“放”或“吸”)热反应，Q3________0(填“＞”、“＜”或“＝”)。③改变条件使可逆反应H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)已经建立的平衡逆向移动，可采取的措施有________。
A．缩小容器体积      B．降低温度
C．使用催化剂   D．设法增加H2O(g)的量
E．升高温度
(3)在一定条件下，使CO和O2的混合气体13 g充分反应，所得混合气体在常温下与足量的Na2O2固体反应，结果固体增重7 g，则原混合气体中CO的质量是________g。
2013年12月15日4时搭载长征系列火箭的“玉兔号”顺利驶抵月球表面，实现了五星红旗耀月球的创举。火箭升空需要高能燃料，通常用肼（N2H4）作燃料，N2O4做氧化剂。请回答下列问题：
（1）已知：N2(g) + 2O2(g) ="=" 2NO2(g)                 ΔH= + 67.7kJ·mol-1
N2H4(g) + O2（g）="=" N2(g) + 2H2O(g)     ΔH= - 534.0kJ·mol-1
2NO2(g)  N2O4（g）             ΔH=" -" 52.7kJ·mol-1
写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：                                  ；
（2）工业上用次氯酸钠与过量的氨气反应制备肼，该反应的化学方程式为：                                    ；
（3）工业上可以用下列反应原理制备氨气：
2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)  ΔH= Q kJ·mol-1
①已知该反应的平衡常数K与温度的关系如图，则此反应的 Q        0 （填“＞”“＜”或“=”）。

②若起始加入氮气和水，15分钟后，反应达到平衡，此时NH3的浓度为0.3mol/L，则用氧气表示的反应速率为           。
③常温下，如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，          （选填编号）.
A．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
B．v（N2）/v（O2）=2∶3
C．容器中气体的密度不随时间而变化
D．通入稀有气体能提高反应的速率
E．若向容器中继续加入N2，N2的转化率将增大
（4）最近华南理工大提出利用电解法制H2O2并以此处理废氨水，装置如图。

①为不影响H2O2的产量，需要向废氨水加入适量硝酸调节溶液的pH约为5，则所得废氨水溶液中c(NH4+)       c(NO3-)（填“＞”“＜”或“=”）；
②Ir—Ru惰性电极有吸附O2作用，该电极的电极反应为                     ；
③理论上电路中每转移3mol电子，最多可以处理NH3·H2O的物质的量为            。
某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。其过程如下：
mCeO2 (m－x)CeO2·xCe＋xO2
(m－x)CeO2·xCe＋xH2O＋xCO2mCeO2＋xH2＋xCO
下列说法不正确的是（  ）
A．该过程中CeO2没有消耗
B．该过程实现了太阳能向化学能的转化
C．图中ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO＋4OH－－2e－=CO32-＋2H2O
甲醛是一种重要的化工产品,可以利用甲醇脱氢制备,反应式如下:
①CH3OH(g)CH2O(g)+H2(g)　ΔH1="+84.2" kJ·mol-1
向反应体系中通入氧气,通过反应②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2="-483.6" kJ·mol-1提供反应①所需热量,要使反应温度维持在700 ℃,则进料中甲醇与氧气的物质的量之比约为(　　)
A．5.74∶1B．11.48∶1C．1∶1D．2∶1
研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
(1)将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：Fe2O3(s)＋3C(s)=2Fe(s)＋3CO(g)；ΔH1＝＋489.0 kJ·mol－1
C(s)＋CO2(g)=2CO(g)；ΔH2＝＋172.5 kJ·mol－1。
则CO还原Fe2O3的热化学方程式为________________________________
(2)某实验将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种不同条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示，请回答下列问题：

①该反应的平衡常数的表达式为K＝________。
②曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ________KⅡ(填“大于”、“等于”或“小于”)。
③在下图a、b、c三点中，H2的转化率由高到低的顺序是________(填字母)。

(3)在其他条件不变的情况下，将容器体积压缩到原来的1/2，与原平衡相比，下列有关说法正确的是________(填序号)。
a．氢气的浓度减小
b．正反应速率加快，逆反应速率也加快
c．甲醇的物质的量增加
d．重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大
“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2正成为化学家研究的主要课题。
（1）将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：
实验组
温度℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需
时间/min
CO
H2O
H2
CO
1
650
4
2
1．6
2．4
6
2
900
2
1
0．4
1．6
3
3
900
a
b
c
d
t
 
①实验2条件下平衡常数K=           。
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值_______(填具体值或取值范围)。
③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol，则此时V正    V逆（填“<” ，“>” ，“=”）。
（2）已知在常温常压下：
①2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g)   ΔH＝－1275.6 kJ／mol
②2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g)  ΔH＝－566.0 kJ／mol
③H2O(g) ＝ H2O(l)  ΔH＝－44.0 kJ／mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：____________
（3）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC2O4）溶液显酸性。常温下，向10 mL 0.01 mol·L-1 H2C2O4溶液中滴加10mL 0.01mol·L-1 NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系               ；
（4）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L ，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为       _______________mol/L。
（5）以二甲醚（CH3OCH3）、空气、H2SO4为原料，铂为电极可构成燃料电池，其工作原理与甲烷燃料电池的原理相似。请写出该电池负极上的电极反应式：         。
2013年春季，全国各地持续出现严重的雾霾天气，给人们的生产、生活造成了严重的影响。汽车尾气中含有CO、氮氧化物、烟尘等污染物，是导致雾霾天气的原因之一。请回答下列有关问题。
(1)下列说法正确的是________。
A．NO、CO、CO2均为酸性氧化物
B．CO2的大量排放会导致温室效应，所以应尽量选用公共交通，提倡低碳出
行
C．汽车尾气中的氮氧化物主要是空气中的氮气与氧气在高温条件下生成的
(2)为减轻污染，北京为汽车加装了“三效催化净化器”，可将尾气中的CO、NO转化为参与大气循环的无毒混合气体，反应如下：2NO＋2CON2＋2CO2，则该反应的化学平衡常数表达式K＝________。
(3)已知下列热化学方程式：
N2(g)＋O2(g)=2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1①
2C(s)＋O2(g)=2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1②
C(s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1③
则汽车尾气转化反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝________。
(4)当固体催化剂质量一定时，增大其表面积可加快化学反应速率。如图表示在其他条件不变时，反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)中NO的浓度[c(NO)]随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。

①图中T1________T2(填“>”或“<”)。
②若催化剂的表面积S1>S2，在图中画出c(NO)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(5)低温脱硝技术可用于处理各种废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是________。
A．反应中每转移3 mol电子，生成标准状况下N2的体积为22.4 L
B．平衡时，若其他条件不变，增大NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率
减小
C．因为反应物比生成物的物质的量少，所以反应物比生成物的能量低
D．其他条件不变时，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大

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