题目内容

9.汽车尾气中含CO、NOx、碳氢化合物等废气,在汽车上安装三效催化转化器可使这些尾气生成无毒物质,减少汽车尾气污染.
(1)已知:(Ⅰ) N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H=+180.5kJ/mol
(Ⅱ)2C(s)+O2(g)?2CO(g)△H=-221.0kJ/mol
(Ⅲ)C(s)+O2(g)?CO2(g)△H=-393.5kJ/mol
则(Ⅳ)2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5 kJ/mol;
(2)反应(Ⅳ)△S<0(填“>”、“<”或“=”),在低温(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行;
(3)如图1所示,将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应(Ⅳ),相同时间内测量逸出气体中NO含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图所示.

以下说法正确的是:D
A.第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高        B.相同条件下,改变压强对脱氮率没有影响
C.曲线①、②最高点表示此时平衡转化率最高    D.催化剂分别适用于55℃和75℃左右脱氮
(4)某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究,相同时间内测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如图2所示.
①若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为该反应是放热反应,升高温度反应更有利于向逆反应方向进行;
②在$\frac{n(NO)}{n(CO)}$=1的条件下,应控制的最佳温度在870℃左右.
(5)在某温度下,2L密闭容器中充入NO、CO各0.4mol进行反应(Ⅳ),测得NO物质的量变化如图3所示:
5分钟末反应达到平衡,该反应的平衡常数K=5,第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO2和0.1molN2,请在上图中画出到9分钟末反应达到平衡NO的物质的量随时间的变化曲线.
(6)NOx是大气污染物之一,科学家们在尝试用更科学的方法将NOx脱氮转化成无毒的N2,减少对大气的污染.下列物质可以作为脱氮剂的是:ABD
A.NH3          B.CH4           C.KMnO4           D.尿素.

分析 (1)已知:(Ⅰ) N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H=+180.5kJ/mol
(Ⅱ)2C(s)+O2(g)?2CO(g)△H=-221.0kJ/mol
(Ⅲ)C(s)+O2(g)?CO2(g)△H=-393.5kJ/mol
根据盖斯定律:方程式(III)×2-(I)-(II)得到方程式2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g),据此计算;
(2)当△H-T△S<0,反应能自发进行;
(3)A.催化剂只影响反应速率,不会改变转化率;
B.增大压强平衡向逆反应方向移动;
C.最高点为催化剂活性最高的温度;
D.根据图象判断,脱氨率最高的点对应的温度应是最适宜温度;
(4)①分析图象的曲线变化特征判断,升高温度,发现NO的分解率降低;
②根据图象分析最佳温度;
(5)已知反应为2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g),2L密闭容器中充入NO、CO各0.4mol,达到平衡时NO为0.2mol,利用三段式求出平衡浓度,再根据K=$\frac{c({N}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$计算;第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO2和0.3molN2,根据Qc=$\frac{c({N}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$计算,然后比较Qc与K的大小关系判断移动方向,再作图;
(6)氮的氧化物具有氧化性,要把NOx脱氮转化成无毒的N2,需要加还原剂,据此分析.

解答 解:(1)已知:(Ⅰ) N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H=+180.5kJ/mol
(Ⅱ)2C(s)+O2(g)?2CO(g)△H=-221.0kJ/mol
(Ⅲ)C(s)+O2(g)?CO2(g)△H=-393.5kJ/mol
根据盖斯定律:方程式(III)×2-(I)-(II)得到方程式2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g),△H=(-393.5kJ/mol)×3-(-221.0kJ/mol)-(+180.5kJ/mol)=-746.5 kJ/mol;
故答案为:-746.5 kJ/mol;
(2)已知(Ⅳ)2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5 kJ/mol,该反应为气体体积减少的反应,所以△S<0,若要△H-T△S<0,T的数值必须较小,即在低温时自发进行;
故答案为:<;低温;
(3)A.催化剂不会影响转化率,只影响反应速率,所以第②种催化剂和第①种催化剂对转化率没有影响,故A错误;
B.反应为体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,脱氮率减小,故B错误.
C.图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较,最高点为催化剂活性最大的状态,与平衡转化率无关,故C错误;
D.两种催化剂分别在55℃和75℃左右催化效率最高,说明此时催化剂的活性最大,故D正确;
故选:D.
(4)①升高温度,发现NO的分解率降低,说明反应向逆反应方向进行,该反应放热,则NO分解反应是放热反应,升高温度不利于反应进行;
故答案为:NO分解反应是放热反应,升高温度不利于反应进行;
②由图可知,在$\frac{n(NO)}{n(CO)}$=1的条件下,870℃时,NO还原为N2的转化率为100%,所以应控制的最佳温度在870℃;
故答案为:870℃;
(5)已知反应为2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g),2L密闭容器中充入NO、CO各0.4mol,达到平衡时NO为0.2mol,
            2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)
起始(mol):0.4      0.4      0       0
转化(mol):0.2      0.2     0.1      0.2
平衡(mol):0.2      0.2     0.1      0.2
则K=$\frac{c({N}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$=$\frac{(\frac{0.2}{2})^{2}×(\frac{0.1}{2})}{(\frac{0.2}{2})^{2}×(\frac{0.2}{2})^{2}}$=5;
第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO2和0.3molN2,则c(NO)=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L,c(CO)=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L,
c(N2)=$\frac{0.1mol+0.3mol}{2L}$=0.2mol/L,c(CO2)=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L,
Qc=$\frac{c({N}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$=$\frac{0.2×0.{2}^{2}}{0.{2}^{2}×0.{2}^{2}}$=5=K,说明是平衡状态,所以第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO2和0.3molN2,仍是平衡状态,但是NO的物质的量变为原来的2倍,作图为;
故答案为:;
(6)氮的氧化物具有氧化性,要把NOx脱氮转化成无毒的N2,需要加还原剂,NH3、CH4、尿素均可作还原剂,KMnO4是常用的氧化剂,所以ABD正确;
故答案为:ABD.

点评 本题考查化学反应速率与化学平衡移动问题,化学平衡常数及影响因素、意义,反应速率计算等,难度中等,本题注意分析图象曲线的变化趋势,侧重于考查学生的读图能力和分析能力.

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19.三氯氧磷(POCl3)常温下为无色液体,有广泛应用.近年来,三氯氧磷的工业生产由三氯化磷的“氧气直接氧化法”代替传统的三氯化磷“氯化水解法”(由氯气、三氯化磷和水为原料反应得到).
(1)氧气直接氧化法生产三氯氧磷的化学方程式是2PCl3+O2=2POCl3,从原理上看,与氯化水解法相比,其优点是原子利用率高.
(2)氯化水解法生产三氯氧磷会产生含磷(主要为H3PO4、H3PO3等)废水.在废水中先加入适量漂白粉,再加入生石灰将磷元素转化为磷酸的钙盐沉淀并回收.
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