题目内容

对大气污染物SO2、NOx进行研究具有重要环保意义。请回答下列问题:
(1)为减少SO2的排放,常采取的措施是将煤转化为清洁气体燃料。
已知:H2(g)+O2(g)=H2 O(g)  △H=-241.8kJ·mol-1
C(s)+O2(g)=CO(g)   △H=-110.5kJ·mol-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式:                                  
(2)已知汽缸中生成NO的反应为:N2(g)+O2(g)2NO(g) △H0,若1.0 mol空气含0.80 mol N2和0.20 mol O2,1300oC时在1.0 L密闭容器内经过5s反应达到平衡,测得NO为8.0×10-4 mol。
①5s内该反应的平均速率ν(NO) =            (保留2位有效数字);在1300oC 时,该反应的平
衡常数表达式K=               
②汽车启动后,汽缸温度越高,单位时间内NO排放量越大,原因是                       
(3)汽车尾气中NO和CO的转化。当催化剂质量一定时,增大催化剂固体的表面积可提高化学反应速率。右图表示在其他条件不变时,反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(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该反应的△H       0 (填“>”或“<”)。
②若催化剂的表面积S1>S2,在右图中画出c(NO) 在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线(并作相应标注)。

(1)C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) △H=+131.3kJ·mol-1   (3分,化学式、状态错误0分;焓变数值、单位错漏扣1分;计量数用分数表示与焓变相匹配也给分)
(2)①1.6×10-4 mol/(L·s)(2分,单位或有效数字错漏扣1分);(2分)
② 温度升高,反应速度加快(2分),平衡向右移动(2分)
(3)① <(2分) ②见图:(3分,其中曲线2分,标注1分)

解析试题分析:(1)已知:①H2(g)+O2(g)=H2 O(g)  △H=-241.8kJ·mol-1,②C(s)+O2(g)=CO(g)   △H=-110.5kJ·mol-1,则根据盖斯定律可知②-①即得到热化学方程式C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g),所以该反应的反应热△H=-110.5kJ·mol-1+241.8kJ·mol-1=+131.3kJ·mol-1
(2)①1300oC时在1.0 L密闭容器内经过5s反应达到平衡,测得NO为8.0×10-4 mol,则反应中生成NO的浓度是8.0×10-4 mol/L,因此5s内该反应的平均速率ν(NO)=8.0×10-4 mol/L÷5s=1.6×10-4 mol/(L·s)。化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据方程式N2(g)+O2(g)2NO(g)可知,该温度下该反应的平衡常数表达式K=
②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H0,这说明该反应是吸热反应。升高温度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,因此NO的排放量增大。
(3)①根据图像可知,在固体催化剂的表面积不变的情况下,温度为T2的曲线首先达到平衡状态。温度高反应速率快,到达平衡的时间少。因此温度是T2>T1。但温度高平衡时NO的浓度大,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应,即△H<0。
②当质量一定时,增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率,但催化剂不能改变平衡状态。所以若催化剂的表面积S1>S2,则在温度为T1时,达到平衡的时间增加,但平衡状态不变,因此图像为
考点:考查热化学方程式的书写、反应速率的计算、平衡常数表达式、外界条件对平衡状态的影响以及图像识别

练习册系列答案
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碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要作用。
(1)真空碳热还原一氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
2Al2O3(s)+ 2AlCl3(g)+ 6C(s)=6AlCl(g)+ 6CO(g);△H= a kJ?mol-1
3AlCl(g)= 2Al(l)+ AlCl3(g);△H= b kJ?mol-1
反应Al2O3(s)+ 3C(s)=  2Al(l)+ 3CO(g)的△H=           kJ?mol-1
(用含a、b的代数式表示)。
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+ 2NO(g)N2(g)+ CO2(g);△H=  Q kJ?mol-1。在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

时间(min)
浓度(mol/L)
 
0
 
10
 
20
 
30
 
40
 
50
 
NO
 
1.00
 
0.68
 
0.50
 
0.50
 
0.60
 
0.60
 
N2
 
0
 
0.16
 
0.25
 
0.25
 
0.30
 
0.30
 
CO2
 
0
 
0.16
 
0.25
 
0.25
 
0.30
 
0.30
 
 
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=              ,T1℃时,该反应的平衡常数K=            
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是                (填字母编号)
a.通入一定量的NO               b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂              d.适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q         0(填“>”或“<”)。
④在恒容绝热条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是                   (填选项编号)
a.单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO2(g)
b.反应体系的温度不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变

碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用。
(1)真空碳热还原—氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
①2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s) = 6AlCl(g)+6CO(g)    ΔH=a kJ·mol-1
②3AlCl(g) = 2Al(l)+AlCl3(g)  ΔH=b kJ·mol-1
反应:Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的ΔH =     kJ·mol-1 (用含a、b的代数式表示);
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)  N2(g)+CO2(g) ΔH ="Q" kJ·mol-1。在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

           时间/min
浓度/mol/L
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.68
0.50
0.50
0.60
0.60
N2
0
0.16
0.25
0.25
0.30
0.30
CO2
0
0.16
0.25
0.25
0.30
0.30
 
①0~10 min内,NO的平均反应速率v(NO)=              ,T1℃时,该反应的平衡常数=                    
②30 min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是            (填字母编号)。
A.通入一定量的NO            B.加入一定量的活性炭
C.加入合适的催化剂           D.适当缩小容器的体积
③在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是    (填选项编号)。
A.单位时间内生成2 n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g)   
B.反应体系的温度不再发生改变
C.混合气体的密度不再发生改变
D 反应体系的压强不再发生改变

研究二氧化硫、氮氧化物、PM2.5等大气污染物的治理具有重要意义。
(1)对PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样中除H+和OH外其它水溶性离子的化学组分及其平均浓度如下表:

离子
K+
Na+
NH4+
SO42-
NO3
Cl
浓度/mol·L-1
4×10-6
6×10-6
2×10-5
4×10-5
3×10-5
2×10-5
 
根据表中数据判断试样的pH =        
(2)含SO2的工业废气处理:废气的将含有SO2的废气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫,在废气脱硫的过程中,所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前,需通一段时间的二氧化碳,以增加其脱硫效率;脱硫时控制浆液的pH值,此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。
二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为             
亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式为                
(3)汽车尾气中NOx和CO的生成及转化。
①已知气缸中生成NO的反应为:N2(g)+O2(g) 2NO(g) H>0
汽车启动后,气缸温度越高,单位时间内NO排放量越大,原因是                 
②在汽车尾气系统中安装催化转化器,使NO和CO迅速发生反应转化成对环境无污染的气体,可减少CO和NO的污染,反应的化学方程式为              
(4)用CH4催化还原NOx可消除氮的氧化物的污染。例如:
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
H2O(g)= H2O(l)△H=-144kJ·mol—1
取标准状况下4.48LCH4还原NO2和NO的混合物,若氮氧化物完全被还原,且生成H2O(l),则放出的总热量Q的取值范围是              

人类活动产生的CO2长期积累,威胁到生态环境,其减排问题受到全世界关注。
(1)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2,得溶液X,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置示意图如下:

在阳极区发生的反应包括                    和H ++ HCO3-=H2O+CO2↑。
简述CO32-在阴极区再生的原理                
(2)再生装置中产生的CO2和H2在一定条件下反应生成甲醇等产物,工业上利用该反应合成甲醇。
已知:25 ℃,101 KPa下:
H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(g)  Δ H1=" -242" kJ/mol
CH3OH(g)+3/2 O2(g)=CO2 (g)+2 H2O(g)  Δ H2=" -676" kJ/mol
写出CO2和H2生成气态甲醇等产物的热化学方程式          
下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图,其中正确的是     (填字母序号)。

a                    b                   c                   d
(3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇
微生物燃料电池中,电解质溶液为酸性,示意图如下:

该电池外电路电子的流动方向为           (填写“从A到B”或“从B到A”)。
工作结束后,B电极室溶液的pH与工作前相比将         (填写“增大”、“减小”或“不变”,溶液体积变化忽略不计)。
A电极附近甲醇发生的电极反应式为            

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