题目内容

【题目】运用化学反应原理研究碳、氮、硫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。

I.氨为重要的化工原料,有广泛用途。

(1)合成氨中的氢气可由下列反应制取:

a. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1=+216.4kJ/mol

b. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=-41.2kJ/mol

则反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H= _____________

(2)起始时投入氮气和氢气的物质的量分别为1mol、3mol,在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图。

①恒压时,反应一定达到平衡状态的标志是_____________(填序号)

A.的转化率相等 B.反应体系密度保持不变

C.保持不变 D.

②P1_____P2 (“>”“=”不确定,下同);反应的平衡常数:B_______D点。

C的转化率为________;在AB两点条件下,该反应从开始到平衡时生成氮气的平均速率:υ(A)__________υ(B)

.用间接电化学法去除烟气中NO的原理如下图所示。

已知阴极室溶液呈酸性,则阴极的电极反应式为_____________。反应过程中通过质子交换膜(ab)2mol时,吸收柱中生成的气体在标准状况下的体积为_____________L

【答案】+175.2kJ/mol BC < > 66.7% < 2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O 11.2

【解析】

I.(1)则将a+b可得CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H

(2)①起始时投入氮气和氢气分别为1mol3mol,在不同温度和压强下合成氨,达到平衡时,正、逆反应速率相等,各物质的浓度不变,气体的总物质的量不变,以此判断;

②增大压强,平衡正向移动,平衡混合气体中氨气的百分含量增大;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小;

③起始时投入氮气和氢气分别为1mol3mol,反应的方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)C点氨气的含量为50%,结合方程式计算;压强越大、温度越高,反应速率越快;

II.根据图示可知,阴极通入的SO32-发生得电子的还原反应生成S2O42-,结合溶液为酸性书写阴极反应式;写出电解池的总反应,根据通过的氢离子物质的量可知转移电子的物质的量,吸收柱中生成的气体为氮气,然后利用电子守恒计算氮气的物质的量,最后根据V=nVm计算标况下体积。

I.(1)已知a.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+216.4kJ/mol

b.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H=-41.2kJ/mol

则将a+b,可得CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H=+216.4-41.2kJ/mol=+175.2kJ/mol

(2)A.N2H2的起始物料比为13,且按照13反应,则无论是否达到平衡状态,转化率都相等,N2H2转化率相等不能用于判断是否达到平衡状态,A错误;

B.气体的总质量不变,由于该反应的正反应是气体体积减小的反应,恒压条件下,当反应体系密度保持不变时,说明体积不变,则达到平衡状态,B正确;

C.保持不变,说明氢气、氨气的浓度不变,反应达到平衡状态,C正确;

D.达平衡时各物质的浓度保持不变,但不一定等于化学计量数之比,不能确定反应是否达到平衡状态,D错误;

故合理选项是BC

②由于该反应的正反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,平衡混合气体中氨气的百分含量增大,由图象可知P1<P2,该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则反应平衡常数:B点>D点;

③起始时投入氮气和氢气分别为1mol3mol,反应的方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)C点氨气的含量为50%,设转化N2物质的量为xmol,则

N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)

起始:1mol 3mol 0

转化:x mol 3xmol 2xmol

平衡:(1-x)mol (3-3x)mol 2xmol

×100%=50%,解得x=,则CH2的转化率为=66.7%B点的压强、温度都比A点高,压强越大、温度越高,反应速率越大,所以υ(A)<υ(B)

II.根据图示可知,阴极通入的SO32-发生得电子的还原反应生成S2O42-,则阴极反应式为:2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O;电解池的阳极水电离出的氢氧根离子放电生成氧气,发生反应为:2H2O-4e-=4H++O2,则电解池中总反应为:4SO32-+4H+2S2O42-+2H2O+O2,即转移4mol电子时有4mol氢离子通过质子交换膜,则反应过程中通过质子交换膜(ab)的H+2mol时,转移电子的物质的量为2mol,生成1molS2O42-,图示NO吸收柱中S2O42-失去电子被氧化成SO32-NO得到电子被还原成N2,根据得失电子守恒可知,吸收柱中生成N2的物质的量为:n(N2)==0.5mol,标况下0.5mol氮气的体积为:22.4L/mol×0.5mol=11.2L

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