题目内容

9.汽车尾气中的主要污染物是NO和CO.为减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:
(1)2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)△H=-746.5KJ/mol   (条件为使用催化剂)
已知:2C (s)+O2(g)?2CO(g)△H=-221.0KJ/mol
C (s)+O2(g)?CO2(g)△H=-393.5KJ/mol
则N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ•mol-1.
(2)T℃下,在一容积不变的密闭容器中,通入一定量的NO和CO,用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表
时间/s012345
C(NO)10-4  mol/L10.04.50C11.501.001.00
C(CO)10-3  mol/L3.603.05C22.752.702.70
则C2合理的数值为D(填字母标号).
A.4.20       B.4.00         C.2.95           D.2.80
(3)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:H2O(g)+CO(g)?CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需时间/min
H2OCOCOH2
i650242.41.65
ii900121.60.43
iii900abcdt
若a=2,b=1,则c=0.6,达平衡时实验组ii中H2O(g)和实验组iii中CO的转化率的关系为αii(H2O)=αiii(CO)(填“<”、“>”或“=”).
(4)二甲醚是清洁能源,用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为:2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),已知一定条件下,该反应中CO的平衡转化率随温度、
投料比$\frac{n({H}_{2})}{n(CO)}$的变化曲线如图1所示.

①a、b、c按从大到小的顺序排序为a>b>c.
②根据图象可以判断该反应为放热反应,理由是投料比相同,温度越高CO的转化率越低,平衡向左移动,推得该反应为放热反应.
(5)CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准,该分析仪的工作原理类似于燃料电池,其中电解质是氧化钇(Y2O3)和氧化锆(ZrO2)晶体,能传导O2-.
①则负极的电极反应式为CO+2O2--2e-=CO32-.
②以上述电池为电源,通过导线连接成图2.若X、Y为石墨,a为2L 0.1mol/L KCl溶液电解一段时间后,取25mL 上述电解后的溶液,滴加0.4mol/L醋酸得到图3曲线(不考虑能量损失和气体溶于水,溶液体积变化忽略不计).根据图二计算,上述电解过程中 消耗一氧化碳的质量为2.8g.

分析 (1)根据盖斯定律,由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式,反应热也进行相应的计算;
(2)由表中数据可知4s时反应到达平衡,1-3s内NO浓度变化量为4.5×10-4 mol/L-1.5×10-4 mol/L=3×10-4 mol/L,该2s内平均每秒内变化量为1.5×10-4 mol/L,随反应进行,反应速率减小,该2s中前1s内NO浓度变化量应大于1.5×10-4 mol/L,则2s时NO的浓度小于4.5×10-4 mol/L-1.5×10-4 mol/L=3×10-4 mol/L,故2s时NO的浓度应介于1.5×10-4 mol/L~3×10-4 mol/L之间;
(3)实验组②和实验组③温度相同,平衡常数相同,根据三行式进行计算求解;
(4)①反应2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)中,氢气的浓度越大,CO的转化率越大;
②由图象可知,升高温度,CO的转化率降低,说明平衡逆向移动;
(5)①CO发生氧化反应与O2-结合生成CO32-;
②阳极上氯离子失电子,阴极上阳离子得电子.

解答 解:(1)已知:①2 NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)△H=-746.5KJ/mol
②2C (s)+O2(g)?2CO(g)△H=-221.0KJ/mol
③C (s)+O2(g)?CO2(g)△H=-393.5KJ/mol
则依据盖斯定律,③×2-②-①得到:N2(g)+O2(g)=2NO(g) 则△H=(-393.5KJ/mol)×2-(-220KJ/mol)-(-746.5KJ/mol)=+180.5KJ/mol,
故答案为:+180.5 kJ•mol-1;
(2)由表中数据可知4s时反应到达平衡,1-3s内NO浓度变化量为4.5×10-4 mol/L-1.5×10-4 mol/L=3×10-4 mol/L,该2s内平均每秒内变化量为1.5×10-4 mol/L,随反应进行,反应速率减小,该2s中前1s内NO浓度变化量应大于1.5×10-4 mol/L,则2s时NO的浓度小于4.5×10-4 mol/L-1.5×10-4 mol/L=3×10-4 mol/L,故2s时NO的浓度应介于1.5×10-4 mol/L~3×10-4 mol/L之间,选项中只有2.5×10-4 mol/L符合,
故选D;
(3)H2O(g)+CO(g)?CO2(g)+H2(g)
初始 0.5mol/L     1mol/L      0         0
转化 0.2mol/L     0.2mol/l   0.2mol/L   0.2mol/L
平衡0.3mol/L      0.8mol/L   0.2mol/L   0.2mol/L
      H2O(g)+CO(g)?CO2(g)+H2(g)
初始   1mol/L      0.5mol/L        0         0
转化 (0.5-$\frac{c}{2}$)mol/L  (0.5-$\frac{c}{2}$)mol/l  $\frac{d}{2}$mol/L   $\frac{d}{2}$mol/L
平衡(0.5+$\frac{c}{2}$)mol/L     $\frac{c}{2}$mol/L     $\frac{d}{2}$mol/L       $\frac{d}{2}$mol/L
所以0.5-$\frac{c}{2}$=$\frac{d}{2}$
则:d=1-c,由平衡常数相等可知:$\frac{\frac{1-c}{2}×\frac{1-c}{2}}{(0.5+\frac{c}{2})×\frac{c}{2}}=\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$,解之得c=0.6,②中H2O(g)的转化率为:$\frac{0.2}{0.5}×100%$=40%,实验组③中CO的转化率的$\frac{0.5-\frac{0.6}{2}}{0.5}$=40%,
故答案为:0.6;=;
(4)①反应2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)中,氢气的浓度越大,CO的转化率越大,则a>b>c,故答案为:a>b>c;
②由图象可知,升高温度,CO的转化率降低,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,
故答案为:投料比相同,温度越高CO的转化率越低,平衡向左移动,推得该反应为放热反应;
(5)①负极CO发生氧化反应与O2-结合生成CO32-,负极电极反应式为:CO+2O2--2e-=CO32-,
故答案为:CO+2O2--2e-=CO32-;
②阳极上氯离子失电子,阴极上阳离子得电子,所以电解0.1mol/L KCl溶液,其电解总反应的离子方程式为:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl2↑+H2↑+2OH-;根据图知,KOH溶液的pH=13,常温下,KOH的浓度是0.1mol/L,则n(KOH)=0.1mol/L×2L=0.2mol,根据2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑知,生成0.2mol氢氧根离子转移电子的物质的量=$\frac{0.2mol}{2}$×2=0.2mol,燃料电池的负极反应方程式是CO+2O2--2e-=CO32-,消耗1molCO转移电子数=2mol,因此当转移0.2mol电子时消耗CO的物质的量为0.1mol,则CO的质量=0.1mol×28g/mol=2.8g,
故答案为:2.8g.

点评 本题考查较为综合,涉及盖斯定律的应用,化学平衡常数的计算及应用,为高频考点,侧重于学生的分析、计算能力的考查,做题时注意影响平衡移动的因素以及平衡常数的有关计算,题目难度中等.

练习册系列答案
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电离能/(kJ•mol-1)I1I2I3I4
A9321 82115 39021 771
B7381 4517 73310 540
(1)某同学根据上述信息,推断B的核外电子排布如图1所示,该同学所画的电子排布图1(轨道表示式)违背了能量最低原理.
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已知:25℃,101KPa下:
H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol
CH3OH(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2 (g)+2H2O(g)△H2=-676kJ/mol
写出CO2和H2生成气态甲醇等产物的热化学方程式CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50kJ/mol.
(3)在密闭的再生装置中,加入5mol H2与2mol CO2发生反应生成甲醇,反应达到平衡
时,改变温度(T)和压强(P),反应混合物中甲醇(CH3OH)的物质的量分数变化情况如图2所示,下列说法正确的是A C D
A.P1>P2>P3>P4
B.甲醇的物质的量分数越高,反应的平衡常数越大
C.图示中,该反应的温度变化为:T1>T2>T3>T4
D.T4、P4、时,H2的平衡转化率为60%
(Ⅱ)在温度为T1℃和T2℃时,分别将0.5mol CH4和1.2mol NO2充入体积为1L的密闭容器中,测得NO2的物质的量随时间变化数据如下表:
时间/min
温度/℃
010204050
T11.20.90.70.40.4
T21.20.80.560.50.5
①CH4和NO2反应正反应为放热反应(填“放热”或“吸热”);
②T1℃时,反应CH4(g)+2NO2(g)?N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)平衡常数K=6.4.
③温度为T2℃时,达平衡后,再向容器中加入0.5mol CH4和1.2mol NO2,达新平衡时CH4的转化率将减少(填“增大”、“减小”或“不变”).

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