Question

【题目】碳和氮的化合物在生产生活中广泛存在。回答下列问题：

(1)催化转化器可使汽车尾气中的主要污染物（CO、NOx、碳氢化合物）进行相互反应，生成无毒物质，减少汽车尾气污染。

已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5 kJ/mol；

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=－221.0 kJ/mol；

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=－393.5 kJ/mol

则尾气转化反应2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的△H=___________。

(2)氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。在773 K时，分别将2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间(t)的关系如表所示：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n(H2)/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n(NH3)/mol	0	1.00	1.60	1.80	1.98	2.00	2.00

①该温度下，若向同容积的另一容器中投入N2、H2、NH3，其浓度均为3 mol/L，则此时v正____v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

②由表中的实验数据可得到“c—t”的关系，如图1所示，表示c(N2)—t的曲线是______。在此温度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)—t的曲线上相应的点为________。

x的排放主要来自于汽车尾气，有人利用反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=－34.0kJ/mol，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图2所示：

①由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升髙而增大，其原因为_______；在1100K时，CO2的体积分数为__________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=______[已知：气体分压(P分)=气体总压(Pa)×体积分数]。

(4)在酸性电解质溶液中，以惰性材料作电极，将CO2转化为丙烯的原理如图3所示

①太阳能电池的负极是_______(填“a”或“b”)

②生成丙烯的电极反应式是___________。

Answer 1

【答案】-746.5 kJ /mol 大于 乙 B 1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大 20% 4 a 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O

【解析】

(1)根据盖斯定律进行分析；

(2)①该温度下，25 min时反应处于平衡状态，平衡时c(N2)=1 mol/L、c(H2)=3 mol/L、c(NH3)=2 mol/L，带入平衡常数表达式计算；在该温度下，若向同容积的另一容器中投入N2、H2和NH3，其浓度均为3mol/L，计算出浓度商Qc，将计算结果与平衡常数K比较判断分析进行方向；

②N2的初始浓度为2mol/L，且浓度逐渐减小，据此判断；起始充入4 mol N2和12 mol H2，相当于将充入2.00 mol N2和6.00 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器，假设平衡不移动，则平衡时c(H2)=6 mol/L，而“压缩”后压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，据此可知平衡时3 mol/L<c(H2)<6 mol/L，且达到平衡的时间缩短；

(3)①结合外界条件对反应速率、平衡状态的影响以及三段式计算得到；

②根据三段式计算Kp；

(4)①燃料电池中负极通燃料，正极通氧气；

②太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，丙烯在阴极生成。

(1)已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ/mol；

②2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221.0kJ/mol；

③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol，根据盖斯定律③×2-②-①可得：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol；

(2)①该温度下，25 min时反应处于平衡状态，平衡时c(N2)=1 mol/L、c(H2)=3 mol/L、c(NH3)=2 mol/L，则K==；在该温度下，若向同容积的另一容器中投入N2、H2和NH3，其浓度均为3 molL-1，则Qc==<K，反应正向进行，故v正大于v逆；

②N2的初始浓度为2mol/L，且浓度逐渐减小，图象中曲线乙符合；起始充入4 mol N2和12 mol H2，相当于将充入2.00 mol N2和6.00 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器，假设平衡不移动，则平衡时c(H2)=6 mol/L，而“压缩”后压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，故平衡时3 mol/L<c(H2)<6 mol/L，且达到平衡的时间缩短，故对应的点为B；

(3)①1050 kPa 前，反应b中NO2转化率随着温度升高而增大的原因是，在1050kPa前反应未达平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，物质的转化率增大；在1100kPa时NO转化率40%，结合三段式计算列式得到；

C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

起始量(mol) 2 0 0

变化量(mol) 2×0.4=0.8 0.4 0.4

平衡量(mol) 1.2 0.4 0.4

CO2的体积分数=×100%=20%；

②在1050K、1.1×106Pa时，NO的转化率为80%，则

C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

起始量(mol) 2 0 0

变化量(mol) 2×80%=1.6 0.8 0.8

平衡量(mol) 0.4 0.8 0.8

可知平衡时p(NO)=0.2P总，p(N2)=0.4p总，p(CO2)=0.4p总，Kp==4；

(4)①在燃料电池中，负极通燃料，正极通氧气，故a是负极，b为正极；

②电解时，二氧化碳在b极上生成丙烯，得到电子的一极为电源的正极，则生成丙烯的电极反应式为：3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O。