题目内容

12.随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%.目前,消除大气污染有多种方法.
(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染.已知:
①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2 (g)、CO2 (g)和H2O(1)的热化学方程式CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-955kJ•mol-1
(2)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下可将SO2转化为SO42-,从而实现对SO2的治理.已知含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时,其中一个反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O,则另一反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+
(3)用活性炭还原法处理氮氧化物.有关反应为:C(s)+2NO(g)?N2 (g)+CO2 (g).某研究小组向密闭的真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

浓度/mol•L-1

时间/min
NON2CO2
01.0000
100.580.210.21
200.400.300.30
300.400.300.30
400.320.340.17
500.320.340.17
①10min~20min以v(CO2) 表示的反应速率为0.009 mol•L-1•min-1
②根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数为0.56(保留两位小数).
③一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率不变(填“增大”、“不变”或“减小”).
④下列各项能作为判断该反应达到平衡的是CD(填序号字母).
A.容器内压强保持不变        B. 2v(NO)=v(N2
C.容器内CO2的体积分数不变     D.混合气体的密度保持不变
⑤30min末改变某一条件,过一段时间反应重新达到平衡,则改变的条件可能是减小CO2 的浓度.请在图中画出30min至40min的变化曲线.

分析 (1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
根据盖斯定律,(①+②+3×4)÷2可得:CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);
(2)SO2转化为SO42-该过程为氧气氧化二价铁离子到三价铁离子,然后用三价铁离子氧化二氧化硫到硫酸根离子;
(3)①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CO2
②20min处于平衡状态,根据K=$\frac{c({N}_{2})×c(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)}$计算平衡常数;
③一定温度下,随着NO的起始浓度增大,等效为增大压强,不影响平衡移动;
④可逆反应到达平衡时,同种物质的正逆速率相等,各组分的浓度、含量保持不变,由此衍生的其它一些量不变,判断平衡的物理量应随反应进行发生变化,该物理量由变化到不变化说明到达平衡;
⑤30min~40min之间,NO浓度减小0.08mol/L,N2浓度增大0.04mol/L,CO2浓度减小0.13mol/L,应是减小二氧化碳的浓度,瞬间减小二氧化碳的浓度为(0.3+0.04)mol/L-0.17mol/L=0.17mol/L,平衡时浓度为0.17mol/L.

解答 解:(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
根据盖斯定律,(①+②+3×4)÷2可得:CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-955kJ•mol-1
故答案为:CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-955kJ•mol-1
(2)常温下将SO2转化为SO42-而实现SO2的处理.含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时其中一个反应的离子方程式为:4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O,则另一反应的离子方程式为三价铁离子氧化二氧化硫到硫酸根离子,反应的离子方程式为:2Fe3++SO2+2H20=2Fe2++SO42-+4H+
故答案为:2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+
(3)①10min~20min以v(CO2) 表示的反应速率=$\frac{0.3mol/L-0.21mol/L}{20min-10min}$=0.009 mol•L-1•min-1,故答案为:0.009 mol•L-1•min-1
②20min处于平衡状态,平衡常数K=$\frac{c({N}_{2})×c(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)}$=$\frac{0.3×0.3}{0.{4}^{2}}$=0.56,
故答案为:0.56;
③一定温度下,随着NO的起始浓度增大,等效为增大压强,不影响平衡移动,则NO的平衡转化率不变,
故答案为:不变;
④A.反应是气体体积不变的反应,反应过程中容器内压强数值保持不变,故A错误;
B.当v(NO)=2v(N2)反应达到平衡,故B错误;
C.容器内CO2的体积分数不变,说明反应达到平衡,故C正确;
D.混合气体密度等于质量除以体积,反应中碳是固体,平衡移动气体质量变化,体积不变,随反应进行混合气体密度增大,混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡,故D正确;
故选:CD;
⑤30min~40min之间,NO浓度减小0.08mol/L,N2浓度增大0.04mol/L,CO2浓度减小0.13mol/L,应是减小二氧化碳的浓度,瞬间减小二氧化碳的浓度为(0.3+0.04)mol/L-0.17mol/L=0.17mol/L,该瞬间二氧化碳浓度为0.13mol/L,平衡时浓度为0.17mol/L,则30min至40minCO2浓度的变化曲线图象为,,故答案为:减小CO2 的浓度;

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、平衡常数、反应速率、热化学方程式书写等,(3)中作图为易错点,注意二氧化碳的瞬间浓度与平衡浓度.

练习册系列答案
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20.高铁酸钾(K2FeO4)是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂.高铁酸钾为暗红色粉末状晶体,干燥的晶体80℃以下十分稳定,它极易溶于水,难溶于异丙醇.实验室模拟生产工艺流程如图1:

已知:①2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O(条件:较低温度)
②6KOH+3Cl2=5KCl+KClO3+3H2O(条件:较高温度)
③K2FeO4 在水溶液中易水解:4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3(胶体)+8OH-+3O2
回答下列问题:
实验室可利用如图2装置完成流程①和②
(1)仪器a的名称是三颈烧瓶,恒压滴液漏斗支管的作用是平衡压强,两水槽中的水为冷水(填“热水”或“冷水”).
(2)反应一段时间后,停止通氯气,再往仪器a中加入浓KOH溶液的目的是与过量的Cl2继续反应,生成更多的KClO;判断浓KOH溶液已过量的实验依据是三颈烧瓶内颜色彻底变成无色后,再加适量的浓氢氧化钾.
(3)从溶液Ⅱ中分离出K2FeO4后,还会有副产品KNO3、KCl,则反应③中发生的离子方程式为:2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O.
(4)用重结晶法提纯粗产品:将粗产品先用KOH稀溶液溶解,再加入饱和的KOH溶液,冷却结晶,过滤,用少量异丙醇洗涤,最后低温真空干燥.
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7.半导体生产中常需要控制掺杂,以保证控制电阻率,三氯化磷(PCl3)是一种重要的掺杂剂.实验室要用黄磷(即白磷)与干燥的Cl2模拟工业生产制取PCl3,装置如图所示:(部分夹持装置略去)

已知:
①黄磷与少量Cl2反应生成PCl3,与过量Cl2反应生成PCl5
②PCl3遇水会强烈水解生成 H3PO3和HC1;
③PCl3遇O2会生成POCl3,POCl3溶于PCl3
④PCl3、POCl3的熔沸点见下表:
物质熔点/℃沸点/℃
PCl3-11275.5
POCl32105.3
请回答下列问题:
(1)A装置中制氯气的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)B中所装试剂是吸收多余的氯气,防止空气中的H2O进入烧瓶和PCl3反应
(3)实验结束时,可以利用C中的试剂吸收多余的氯气,C中反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+2H2O;
(4)F中碱石灰的作用是吸收多余氯气防止污染空气,防止空气中的水蒸气进入烧瓶中与PCl3反应
(5)实验时,检査装置气密性后,先打开K3通入干燥的CO2,再迅速加入黄磷.通干燥CO2的作用是排尽装置中的空气,防止白磷自燃.
(6)粗产品中常含有POCl3、PCl5等,加入黄磷加热除去PCl5后,通过蒸馏(填实验操作名称),即可得到较纯净的PCl3
(7)通过下面方法可测定产品中PCl3的质量分数
①迅速称取1.00g产品,加水反应后配成250mL溶液;
②取以上溶液25.00mL,向其中加入10.00mL 0.1000mol/L碘水,充分反应;
③向②所得溶液中加入几滴淀粉溶液,用0.1000mol/L的Na2S2O3溶液滴定;
④重复②、③操作平均消耗Na2S2O3溶液8.40mL.
已知:H3PO3+H2O+I2═H3PO4+2HI,I2+2Na2S2O3═2NaI+Na2S4O6,假设测定过程中没有其他反应.根据上述数据,该产品中PC13的质量分数为79.75%.

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