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。

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。

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:

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:

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:。

练习册系列答案
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【题目】某化学研究性学习小组为了制取焦亚硫酸钠(),并对其性质进行研究。特进行如下实验:

实验一 制取焦亚硫酸钠。

研究小组采用下图装置(实验前已除尽装置内的空气)制取。装置Ⅱ中有晶体析出,发生的反应为:。

(1)装置Ⅰ中通常采用70%~80%的浓硫酸与亚硫酸钠固体反应制取,而不用98%的浓硫酸或极稀的稀硫酸,原因是________________________。

(2)若要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体,所采取的分离方法需用到的玻璃仪器有________。

(3)装置Ⅲ用于处理尾气,请画出用来处理尾气并防止发生倒吸的实验装置,注明相应的试剂。

____________________________________________________________

(4)已知溶于水后,立即生成,该反应的离子方程式为________________________。

(5)用试纸测得溶液呈酸性,其溶液呈酸性的原因是________________________。

(6)取少量焦亚硫酸钠晶体于试管中,其中滴加酸性溶液,剧烈反应,溶液紫红色很快褪去,经测定溶液中产生,该反应的离子方程式是________________________。

实验三 焦亚硫酸钠的含量测定。

测定产品中焦亚硫酸钠的质量分数常用剩余碘量法。

已知:;。

①精确称取干燥的产品放入碘量瓶(带磨口塞的锥形瓶)中。

②向碘量瓶中准确移取,的标准碘溶液(过量),振荡,使其与产品中的焦亚硫酸钠充分反应。

③加入淀粉溶液,用标准溶液滴定至接近终点,重复操作3次,经计算得消耗标准液平均体积为。

(7)上述实验操作滴定终点的现象为________________________;根据上述实验,计算产品中焦亚硫酸钠的质量分数为________________________。

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