题目内容
【题目】雾霾由多种污染物形成,包含颗粒物(PM2.5)、氮氧化物(NOx)、CO、SO2等。化学在解决雾霾污染问题中有着重要的作用。
(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H1=-566.0kJ·mol-1
②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H2=+64kJ·mol-1
反应2NO2(g)+4CO(g=N2(g)+4CO2(g)在__________(填“高温”或“低温”)条件下能自发进行。
(2)研究发现利用NH3可除去硝酸工业尾气中的NO。NH3与NO的物质的量之比分别为1:2、1:1.5、3:1时,NO脱除率随温度变化的曲线如图1所示。
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①曲线a中,NO的起始浓度为6×10-4mg·m-3,若从X点到Y点经过20s,则该时间段内NO的脱除速率为_________mg·m-3·s-1。
②曲线c对应的NH3与NO的物质的量之比是________,其理由是__________
(3)炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧,活化氧可以快速氧化SO2。活化过程中的能量变化模拟计算结果如图2所示。无水情况下,一个氧分子的活化能为__________,容易活化氧分子的条件是_________(填“有水”或“无水”)。
(4)若反应2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g)的正、逆反应速率分别可表示为v正=k正c2(NO)·c2(CO);v逆=k逆c(N2)·c2(CO2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,c为物质的量浓度。一定温度下,在体积为1L的恒容密闭容器中加入4molNO和4molCO发生上述反应,测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图3所示。
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①a点时,v逆:v正=_____________。
②测得平衡时体系压强为p,KP为用气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则平衡常数KP=____________(用含p的式子表示)。
(5)某研究小组探究该反应中催化剂对脱氮率(NO的转化率)的影响。将等物质的量的NO和CO以一定的流速分别通过催化剂a、b,发生反应2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g)。相同时间、不同温度下测得使用催化剂a时脱氮率与温度的关系如图4中曲线Ⅰ所示。已知催化效率b>a,催化剂b的活性在450℃时最大(未达平衡)。请在图4中画出使用催化剂b时所对应的曲线(从300℃开始画)。_______________
【答案】低温 6×10-6 1:2 温度相同时,NH3与NO物质的量的比值越小,NO的脱除率越小 0.75eV 有水 1:160(
或0.00625)
(450℃时曲线最高点不超过M点)
【解析】
根据盖斯定律,可求出反应的焓变,根据自发反应条件:ΔH-TΔS<0判断该反应要在低温条件下才能自发进行;
脱除速率为:变化的质量浓度/变化的时间;温度相同时,NH3与NO的物质的量的比值越小,NO的脱除率越小;
活化氧分子的活化能越低,越容易活化氧分子;
根据平衡时的三段式及平衡时v逆=v正可算出
,再根据a点时的三段式的数据可计算出v逆:v正= k逆c(N2)·c2(CO2):k正c2(NO)·c2(CO)=
;
催化剂b的活性在450℃时最大(未达平衡),其脱氮率最大,可画出所对应的曲线。
(1)由反应①和②,根据盖斯定律,可求出反应2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)的焓变为-1196 kJ·mol-1<0,是一个熵减的反应,所以ΔS<0,根据自发反应条件:ΔH-TΔS<0,所以该反应要在低温条件下才能自发进行;
(2)①曲线a中,NO的起始浓度为6×10-4mg·m-3,若从X点到Y点经过20s,则该时间段内NO的脱除速率为:
mg·m-3·s-1;
②温度相同时,NH3与NO的物质的量的比值越小,NO的脱除率越小,所以a,b,c曲线对应的NH3与NO的物质的量之比分别为:3:1、1:1.5、1:2,所以曲线c对应的NH3与NO的物质的量之比是1:2;
(3)由图可知,无水情况下,一个氧分子的活化能为为0.75eV,从图中的数据可以看出,在有水条件下,活化氧分子的活化能较低,所以容易活化氧分子的条件是有水条件;
(4)①a点时,列出三段式为:
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因为CO和CO2的物质的量浓度相等,即4-x=x,解得x=2;
平衡时有:
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根据平衡时的三段式及平衡时v逆=v正可算出
,则a点时v逆:v正= k逆c(N2)·c2(CO2):k正c2(NO)·c2(CO)=
;
②平衡时体系压强为p,KP为用气体分压表示的平衡常数,物质的总浓度为0.8+0.8+1.6+3.2=6.4 mol/L,根据分压=总压×物质的量分数,则平衡常数KP=
;
(5)催化剂b的活性在450℃时最大(未达平衡),在图4中使用催化剂b时所对应的曲线如图:
。
【题目】参考下列图表和有关要求回答问题:
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(1)图Ⅰ是1molNO2(g)和1molCO(g)反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E2的变化是__(填“增大”“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是__。请写出NO2和CO反应的热化学方程式:__。
(2)下表是部分化学键的键能数据:
化学键 | P—P | P—O | O=O | P=O |
键能(kJ·mol-1) | 198 | 360 | 498 | x |
已知1mol白磷(P4)完全燃烧放热为1194kJ,白磷及其完全燃烧的产物结构如图Ⅱ所示,则表中x=__kJ·mol-1。
(3)PCl5是一种重要的含磷化合物,在有机合成中用作氯化剂。某温度时,向2.0L恒温恒容密闭容器中充入1.0molPCl5,发生反应PCl5(g)
PCl3(g)+C12(g)ΔH=+124kJ·mol-1。反应过程中测定的部分数据见下表:
时间t/s | 0 | 50 | 150 | 250 | 350 |
n(PCl3)/mol | 0 | 0.16 | 0.19 | 0.2 | 0.2 |
反应在前50s的平均速率v(PCl5)=__。在该温度下,若起始时充入0.5molPCl5和amolCl2,平衡时PCl5的转化率仍为20%,则a=__。