题目内容

2013年初,全国各地多个城市都遭遇“十面霾伏”,造成“阴霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒。
汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO(g)2CO2+N2。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如下图所示。据此判断:

(1)该反应为       反应(填“放热”或“吸热”):在T2温度下,0~2s内的平均反应速率:v(N2)=         ;(2)当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在答题卡上画出 c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(3)某科研机构,在t1℃下,体积恒定的密闭容器中,用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度(具体数据见下表,CO2和N2的起始浓度为0)。

时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/xl0-4mol L-1
10.0
4.50
2.50
1.50
1.00
1.00
c(CO)/xl0-3mol L-1
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
 
t1℃时该反应的平衡常数K=              ,平衡时NO的体积分数为           。
(4)若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是      (填代号)。(下图中v正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量)

(5)煤燃烧产生的烟气也含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。
已知:CH4(g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g)   △H=-867.0kJ ? mol-1
2NO2 (g) N2O4 (g)                   △H=-56.9kJ ? mol-1
H2O(g) = H2O(l)                          △H=-44.0kJ ? mol-1
写出CH4催化还原N2O4 (g)生成N2 (g)、CO2 (g)和H2O(l)的热化学方程式           。


(1)放热  0.025 mol/(L·s) (各2分,共4分)
(2)见图(在T1S1下方,起点不变、终点在虚线后即可,合理均可)(2分)
               
(3)5000 L/mol (2分)           2.41%    (2分)                 
(4)B D   (共2分,少选得1分,错选不得分)
(5)CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) D H═ —898.1kJ/mol (2分)

解析试题分析:⑴依据“先拐先平,数值大”的原则,可知:T1>T2,而在T1条件下可知,二氧化碳的含量反而低,可知,升高温度反应逆向移动,因此正向是放热的。化学反应速率等于单位时间内反应物或者生成物浓度的变化量,因此可以确定用二氧化碳表示的化学反应速率就为:0.050 mol/(L·s),再依据化学反应速率之比等于化学计量数之比,可知;用氮气表示的化学反应速率就为:0.025 mol/(L·s)。⑵增大表面积,只是增大反应速率,并不影响二氧化碳的含量,因此,只是反应达到平衡的时间延长,并不影响二氧化碳的量。
⑶    2NO(g)   +    2CO(g)       2CO2      +         N2
起始浓度:10-3mol/L      3.6×10-3mol/L        0                  0
转化浓度:9.0×10-4mol/L 9.0×10-4mol/L      9.0×10-4mol/L    4.5×10-4mol/L
平衡浓度:10-4mol/L      2.7×10-3mol/L     9.0×10-4mol/L     4.5×10-4mol/L
因此平衡常数:
根椐,平衡时体积比等于物质的量之比,等于浓度之比,所以平衡时NO的体积分数为:

⑷A图中正反应速率反应开始后是减小的,错误;B图中表示的是化学平衡常数随时间的变化,因为是绝热的,而反应又是放热的,所以随着反应的进行,放出的热量散不出去,使反应逆向移动,使得平衡常数减小,但在某一个时刻达到平衡状态。正确;C图中在t1后各自的物质的量还在变化,则不是平衡状态,错误;D图中一氧化氮的质量在t1时刻质量不变,一定是一个平衡状态。正确。
⑸   ①CH4(g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g)   △H=-867.0kJ ? mol-1
②2NO2 (g) N2O4 (g)                   △H=-56.9kJ ? mol-1
③H2O(g) = H2O(l)                          △H=-44.0kJ ? mol-1
①-②+③×2:CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) D H═ —898.1kJ/mol
考点:考查化学平衡,热化学的有关知识。

练习册系列答案
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(16分) 红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)。

根据上图回答下列问题:(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是
                                                                        ;
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是
                                                                        ;
上述分解反应是一个可逆反应。温度T1时,在密闭容器中加入0.80mol PCl5,反应达平衡时PCl5还剩0.60 mol,其分解率1等于          ;若反应温度由T1升高到T2,平衡时PCl5的分解率为2,2          1(填“大于”、“小于”或“等于”);
(3)工业上制备PCl5通常分两步进行,现将P和Cl2反应生成中间产物PCl3,然后降温,再和Cl2反应生成PCl5。原因是                                                                         
                                                               ;
(4)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的△H 3=              ,P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的△H 4              △H 3(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(5)PCl5与足量水充分反应,最终生成两种酸,其化学方程式是
                                                            。

甲醇是一种可再生的优质燃料,用途广泛,研究其作用具有广阔前景。
(1)已知在常温常压下,测得反应的反应热如下:
① 2CH3OH(l)+ 3O2(g)  2CO2(g) +4H2O(g)  ?H1= -1275.6 kJ/mol
② 2CO(g) +O2(g)  2CO2(g)   ?H2=-566.0 kJ/mol
CH3OH不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式是       。
(2)工业上生产甲醇的反应如下:CO2(g) + 3H2(g)  CH3OH(g)+ H2O(g)   ?H = -49 kJ/mol
在某温度下,容积均为1 L的A、B两个容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容。容器B中经10 s后达到平衡。达到平衡时的有关数据如下表:

容器
 
A
 
B
 
反应物投入量
 
1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)
 
1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)
 
反应能量变化
 
放出αkJ热量
 
吸收19.6 kJ热量
 
 
①从反应开始至达到平衡时,容器B中CH3OH的平均反应速率为       。
②该温度下,B容器中反应的化学平衡常数的数值为       。
③α=       。
④下列措施能使容器A中甲醇的产率增大的是       。
a.升高温度                b.将水蒸气从体系分离
c.用更有效的催化剂        d.将容器的容积缩小一半
(3)我国科学院化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。

① 该电池工作时,b口通入的物质为       。
② 该电池正极的电极反应式为       。

将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)。
而C(g)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式分别为:
①C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②H2(g)+ O2(g)=H2O(g) ΔH2=-242.0 kJ·mol-1
③CO(g)+ O2(g)=CO2(g) ΔH3=-283.0 kJ·mol-1
请你根据上述信息回答下列问题:
(1)煤是一种成分复杂的混合物,其中除含碳、氢元素外,还含有氧、硫、氮、砷、硒等元素。所以固体煤燃烧会导致大气污染,写出煤燃烧产生的两种污染:        ,将石灰石粉与煤粉混合,可以有效地减少煤燃烧过程中的二氧化硫污染,写出该反应的化学方程式:____________________
(2)根据已知热化学方程式写出由煤制备水煤气的热化学方程式:____________________________。
(3)下面是甲、乙两位同学对上述热化学方程式及煤燃烧的理解。
甲同学:1 mol CO与1 mol H2燃烧放出的热量之和大于1 mol固体炭燃烧放出的热量,所以煤燃烧时加入少量水,可以使煤燃烧放出更多的热量。
乙同学:根据下面的物质与能量循环,将煤炭转化为水煤气,再燃烧放出的热量与直接燃烧煤炭放出的热量相同,而将煤炭转化为水煤气将会增加消耗,故煤炭转化为水煤气得不偿失。
C(s)+H2O(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(g)
  
CO(g)+O2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)+ O2(g)
请你评价两位同学的理解:
①甲同学的说法     (答“正确”或“不正确”),原因是______________________________________。
②乙同学的说法     (答“正确”或“不正确”),原因是_____________________________________。

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