题目内容

2.氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题.对燃煤废气进行化学方法处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的.
(1)利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-572kJ•mol-1
CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
写出甲烷将NO2还原为N2并生成气态水时的热化学方程式CH4(g)+2NO2(g)=N2 (g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-954kJ•mol-1.
(2)工业上利用CO2生成甲醇燃料,反应为:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1将6mol CO2和8mol H2充入容器为2L的密闭容器中,恒温下,H2的物质的量随时间变化如图1实线所示(图中字母后的数字表示对应坐标).

①该反应在0min~8min内CO2的平均反应速率为0.125 mol•L-1•min-1.
②仅改变某一条件再进行实验,测得H2物质的量变化如图1虚线所示.与实线相比,曲线Ⅰ改变的条件可能是升温,曲线Ⅱ改变的条件可能是加压.
(3)反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-129.0kJ/mol可用于合成甲醇.按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示.下列说法正确的是CD(填字母)
A.温度:T1>T2>T3
B.正反应速率:ν(a)>ν(c)、ν(b)>ν(d)
C.平衡常数:K(a)>K(c)、K(b)=K(d)
D.平均摩尔质量:M(a)>M(c)、M(b)>M(d)
(4)常温下,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9,Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,控制条件可实现如下沉淀转换:
BaSO4(s)+CO32-(aq)?BaCO3(s)+SO42-(aq)
该反应平衡常数K的表达式为:K=$\frac{c(S{{O}_{4}}^{2-})}{c(C{{O}_{3}}^{2-})}$,欲用1L Na2CO3溶液将0.01mol BaSO4全部转化为BaCO3,则Na2CO3溶液的最初浓度应不低于0.26 mol/L.

分析 (1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-572kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44kJ•mol-1,
根据盖斯定律:(①+②)÷2-③×2可得CH4(g)+2NO2(g)=N2 (g)+CO2(g)+2H2O(l),据此计算;
(2)①从图象可知0~8min内H2的物质的量反应了6mol,根据方程式,则0~8min内CO2的物质的量变化为2mol,再由v=$\frac{△c}{△t}$计算;
②曲线Ⅰ反应速率加快,平衡后的氢气比原平衡含量高,说明反应逆向移动,曲线Ⅱ反应速率加快,平衡时氢气含量降低,说明反应正向移动,结合影响化学平衡的因素分析可得;
(3)A.该反应为放热反应,温度越低,转化率越低;
B.a、c温度不同,b、d压强不同,温度越大压强越大,反应速率越快;
C.K只与温度有关,温度越高,放热反应的K越小;
D.质量不变,CO的转化率越大,平衡后气体的物质的量越小,则M越大;
(4)BaSO4转化为BaCO3,BaSO4 (s)+CO32- (aq)?BaCO3 (s)+SO42- (aq),根据K=$\frac{c(S{{O}_{4}}^{2-})}{c(C{{O}_{3}}^{2-})}$,Qc=c(SO42-)•c(Ba2+)≤Ksp(BaSO4 ),BaSO4完全溶解,据此计算.

解答 解:(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-572kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44kJ•mol-1,
根据盖斯定律:(①+②)÷2-③×2可得CH4(g)+2NO2(g)=N2 (g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-954kJ•mol-1;
故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=N2 (g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-954kJ•mol-1;
(2)①从图象可知0~8min内H2的物质的量反应了6mol,根据方程式,则0~8min内CO2的物质的量变化为2mol,所以0~8min内CO2的平均反应速率为$\frac{2mol}{2L×8min}$=0.125 mol•L-1•min-1;
故答案为:0.125 mol•L-1•min-1;
②曲线Ⅰ反应速率加快,平衡后的氢气比原平衡含量高,说明反应逆向移动,曲线Ⅱ反应速率加快,平衡时氢气含量降低,说明反应正向移动,反应速率加快且平衡发生移动的有升温和加压,反应是个放热、气体体积减小的反应,升高温度,平衡逆向移动,符合Ⅰ,增大压强,平衡正向移动,符合Ⅱ;
故答案为:升温; 加压;
(3)A.该反应为放热反应,温度越低,转化率越低,则温度:T2>T2>T1,故A错误;
B.a、c温度不同,b、d压强不同,温度越大压强越大,反应速率越快,则正反应速率:ν(a)<ν(c)、ν(b)>ν(d),故B错误;
C.K只与温度有关,温度越高,放热反应的K越小,则平衡常数:K(a)>K(c)、K(b)=K(d),故C正确;
D.质量不变,CO的转化率越大,平衡后气体的物质的量越小,则M越大,则平均摩尔质量:M(a)>M(c)、M(b)>M(d),故D正确;
故答案为:CD;
(4)CO32-+BaSO4=BaCO3+SO42-;K=$\frac{c(S{{O}_{4}}^{2-})}{c(C{{O}_{3}}^{2-})}$=$\frac{Ksp(BaS{O}_{4})}{Ksp(BaC{O}_{3})}$=$\frac{1×1{0}^{{-}^{10}}}{2.5×1{0}^{-9}}$=0.04;
c(SO42-)=0.01 mol/L,$\frac{0.01}{c(C{{O}_{3}}^{2-})}$≤0.04,c(CO32-)≥0.25+0.01=0.26mol/L,
故答案为:$\frac{c(S{{O}_{4}}^{2-})}{c(C{{O}_{3}}^{2-})}$;0.26 mol/L.

点评 本题考查了盖斯定律,化学平衡的有关计算及影响化学平衡的因素,溶度积常数的应用,题目综合性较强,要求学生对基础知识的灵活运用

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