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)
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)
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(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:![]()
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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。
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 。
把煤作为燃料可通过下列两种途径:
途径I: C(s)+O2(g) = CO2(g)
途径II:先制水煤气: C(s) + H2O(g) =" CO(g)" + H2(g)
燃烧水煤气:2 CO(g) + O2(g) = 2CO2(g);
2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)
已知:①C(s)+O2(g)=CO2(g);△H1=-393.5 kJ·mol-1
②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H2=-241.8kJ·mol-1
③CO(g)+ 1/2O2 (g) =CO2(g);△H3=-283.0kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) 是 (填“放热反应”或“吸热反应”)
(2)根据盖斯定律,煤和气态水生成水煤气的反应热△H= 。
(3)根据两种途径,下列说法错误的是( )
| A.途径II制水煤气时增加能耗,故途径II的做法不可取 |
| B.与途径I相比,途径II可以减少对环境的污染 |
| C.与途径I相比,途径II可以提高煤的燃烧效率 |
| D.将煤转化为水煤气后,便于通过管道进行运输 |