题目内容
12.火力发电厂释放出大量氮氧化合物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题.对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的.(1)脱硝.利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ/mol
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1.
(2)脱碳.将CO2转化为甲醇:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H3
①在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2进行上述反应.测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示.回答:0~10min内,氢气的平均反应速率为0.225mol/(L•min);第10min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1mol CO2(g)和1mol H2O(g),则平衡正向(填“正向”、“逆向”或“不”)移动.
②如图2,25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源来电解300mL 某NaCl溶液,正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O.在电解一段时间后,NaCl溶液的pH值变为13(假设NaCl溶液的体积不变),则理论上消耗甲醇的物质的量为0.005mol.
③取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图3所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3<0(填“>”、“<”或“=”).
(3)脱硫.燃煤废气经脱硝、脱碳后,与一定量氨气、空气反应,生成硫酸铵.硫酸铵水溶液呈酸性的原因是NH4++H2O?NH3•H2O+H+(用离子方程式表示);室温时,向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性,则所得溶液中微粒浓度大小关系c(Na+)=c(NH3•H2O).(填“>”、“<”或“=”)
分析 (1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
依据热化学方程式和盖斯定律计算,盖斯定律(①+②)×$\frac{1}{2}$得到甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式;
(2)①根据图象计算甲醇的浓度变化值,再根据v(CH3OH)=$\frac{△c}{t}$,然后结合计量数关系计算氢气的浓度;先根据平衡浓度计算平衡常数K,然后根据K与Qc的关系判断反应方向;
②正极上发生还原反应,氧气在正极获得电子,酸性条件下生成水,电解NaCl溶液发生反应:2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑,在电解一段时间后,NaCl溶液的pH变为13,则NaOH浓度为0.1mol/L,故生成NaOH为0.3L×0.1mol/L=0.03mol,燃料电池中甲醇氧化生成二氧化碳,根据电子转移守恒计算理论上消耗甲醇的物质的量;
③温度对平衡移动方向的影响判断反应的热量变化;由图可知最高点反应到达平衡,到达平衡后,温度越高,φ(CH3OH)越小,升高温度平衡向逆反应进行,据此判断;
(3)(NH4)2SO4为强酸弱碱盐,水解显酸性.滴人NaOH溶液至溶液呈中性,根据物料守恒和电荷守恒列式即得出Na+和NH3•H2O浓度的关系.
解答 解:(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
由盖斯定律(①+②)×$\frac{1}{2}$得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1,
故答案为:CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1;
(2)①根据图象可知甲醇的浓度变化值为0.75mol/L,则v(CH3OH)=$\frac{△c}{t}$=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/(L•min),而v(H2)=3v(CH3OH)=0.075mol/(L•min)×3=0.225mol•L-1•mm-1,
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始浓度(mol/L):1 3 0 0
转化浓度(mol/L):0.75 2.25 0.75 0.75
平衡浓度(mol/L):0.25 0.75 0.75 0.75
平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)•c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})•{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$,
第10min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1mol CO2(g)和1mol H2O(g),则Qc=$\frac{0.75×1.75}{1.25×0.7{5}^{3}}$=2.49<K,反应未到达平衡状态,所以向正方向移动;
故答案为:0.225;正向;
②正极上发生还原反应,氧气在正极获得电子,酸性条件下生成水,电极反应式为:O2+4 H++4 e-=2 H2O,
电解NaCl溶液发生反应:2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑,在电解一段时间后,NaCl溶液的pH变为13,则NaOH浓度为0.1mol/L,故生成NaOH为0.3L×0.1mol/L=0.03mol,则生成氯气为0.015mol,燃料电池中甲醇氧化生成二氧化碳,根据电子转移守恒,理论上消耗甲醇的物质的量为$\frac{0.015mol×2}{6}$=0.005mol;
故答案为:O2+4H++4e-=2 H2O;0.005mol;
③由图可知最高点反应到达平衡,达平衡后,温度越高,φ(CH3OH)越小,平衡向逆反应进行,升高温度平衡吸热方向进行,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,即△H<0;
故答案为:<;
(3)(NH4)2SO4为强酸弱碱盐,NH4+水解显酸性:NH4++H2O?NH3•H2O+H+
向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性,根据电荷守恒可得:C(NH4+)+C(Na+)+C(H+)=C(OH-)+2C(SO42-) ①
根据物料守恒列式可得:C(NH4+)+C(NH4•H2O)=2C(SO42-) ②
将①②联立即得:C(Na+)=C(NH4•H2O),
故答案为:NH4++H2O?NH3•H2O+H+;=.
点评 本题考查了热化学方程式的书写、平衡的移动以及平衡常数的计算、原电池和电解池等内容,综合性较强,难度较大,注意把握平衡常数的有关计算以及通过Qc与k的判断平衡移动的方向,题目侧重于考查学生的分析能力、计算能力和综合应用能力.
| A. | 2 mol•L-1 的Na2SO4溶液中含有4 NA个Na+ | |
| B. | 将含有0.1 mol FeCl3的饱和溶液逐滴滴入足量沸水中,得到Fe(OH)3胶体数目为0.1 NA | |
| C. | 在标准状况下,11.2 L氖气中含有NA个氖原子 | |
| D. | 7.8 g Na2O2中阴离子数目为0.1NA |
| A | B | C | D |
| 混合反应物 | 生成乙酸乙酯 | 收集乙酸乙酯 | 分离乙酸乙酯 |
| A. | A | B. | B | C. | C | D. | D |
| A. | X只是钠 | B. | Y只是Na2O | C. | Z只是NaOH | D. | M可能是O2 |
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气.反应为:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ•mol-1
①该反应在常温下不能自发进行(填“能”与“不能”);
②一定温度和压强下,在一个容积可变的密闭容器中,发生上述反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是bd(填序号)
a.容器中的压强不变 b.1mol H-H键断裂的同时断裂2mol H-O
c.c(CO)=c(H2) d.密闭容器的容积不再改变
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),得到如表两组数据:
| 实验组 | 温度℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | |
| CO | H2O | H2 | |||
| 1 | 650 | 4 | 2 | 1.6 | 6 |
| 2 | 900 | 2 | 1 | 0.4 | 3 |
②已知800℃时,上述反应的平衡常数K=1.若用2molCO和5mol H2O相互混合并加热到800℃,反应达到平衡时下列说法正确的是B(填序号)
A.此时水的转化率为71.4%
B.此时CO2的体积分数为20.4%
C.若再向容器内通入5mol H2O,则达到新平衡时,H2O的转化率升高
D.若从容器内移走5mol H2O,则达到新平衡时,CO的转化率升高.
| A. | 容量瓶中原有少量蒸馏水 | |
| B. | 溶液从烧杯转移到容量瓶后没有洗涤烧杯 | |
| C. | 未冷却即将溶液转移到容量瓶 | |
| D. | 加水未达到容量瓶刻度线 |