题目内容

【题目】能源开发、环境保护、资源利用等是当今社会的热门话题。请根据所学化学知识回答下列问题:

(1)汽车上安装催化转化器,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) △H=+180.5 kJ · mol-1;

2C(s)+ O2(g)=2CO(g) △H=-221.0 kJ · mol-1;

C(s)+ O2(g)=CO2(g) △H=-393.5 kJ · mol-1;

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

(2)汽车尾气分析仪对CO的含量分析是以燃料电池为工作原理,其装置如下图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质中自由移动。

下列说法中正确的是_____________(填字母序号)。

A.负极的电极反应式为:CO + O2-―2e-=CO2

B.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b

C.工作时电极b作正极,O2-由电极a通过固体介质向电极b迁移

D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高

(3)某硝酸厂利用甲醇处理废水。在一定条件下,向废水中加入CH3OH,将HNO3还原成N2。若该反应消耗32 g CH3OH转移6 mol电子,则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比为______________。

(4)煤的间接液化是先转化为CO和H2,再在催化剂作用下合成甲醇。若在一定温度下,向1 L密闭容器中加入CO和H2,发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),经10 min反应达到平衡时测得各组分的浓度如下:

物 质

CO

H2

CH3OH

浓度/(mol·L-1)

1.2

1.0

0.6

①该反应的平衡常数表达式为:K=_____________________。

②该时间内反应速率υ(H2)=_________________。

③平衡时CO的转化率为_________________(保留1位小数)。

【答案】-746.5 kJ · mol-1 A B D 5 : 6 0.12 mol/(L·min) 33.3%

【解析】

(1)依据盖斯定律计算热化学方程式;

(2)燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应,氧气在正极得到电子发生还原反应,电子从负极沿外电路流向正极,注意O2-可以在固体介质中自由移动;

(3)根据消耗甲醇的量和转移电子的物质的量来书写方程式,并确定氧化剂和还原剂的量的比;

(4)列三段式进行分析。

(1)①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ · mol-1;

②2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H=-221.0kJ · mol-1;

③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ · mol-1

依据盖斯定律③×2-①-②得到 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=(-393.5kJ · mol-1)×2-180.5kJ · mol-1-(-221.0kJ · mol-1)=-746.5kJ · mol-1;

(2)由图可知,在负极一氧化碳失电子生成二氧化碳,电池中电解质为氧化钇-氧化钠,正极氧气得电子生成O2-,其中O2-可以在固体介质中自由移动

A.在负极一氧化碳失电子生成二氧化碳,负极的电极反应式为:CO+O2--2e-=CO2 ;故A正确;

B.工作时,电子由负极沿外电路流向正极,电子由电极a通过传感器流向电极b,故B正确;

C.工作时电极b作正极,O2-由电极b通过固体介质向电极a迁移,故C错误;

D.传感器中通过的电流越大,一氧化碳失电子越多,尾气中CO的含量越高,故D正确;

故选A B D;

(3)消耗32g(1mol)CH3OH转移6mol电子,CH3OH中碳元素的化合价为-2价,则反应后碳的化合价为+4,生成CO2,根据化合价升降总数相等、结合原子守恒得:5CH3OH+6HNO3═5CO2↑+3N2↑+13H2O,氧化剂是硝酸,还原剂是甲醇,参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是5:6;

(4)①发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),依据平衡常数定义写出为K=;

②发生反应达到平衡,物质的浓度已知,可以依据三段式列式计算;

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol·L-1) 1.8 2.2 0

变化量(mol·L-1) 0.6 1.2 0.6

平衡量(mol·L-1) 1.2 1.0 0.6

υ(H2)=1.2mol·L-1÷10min=0.12 mol/(L·min);

③依据②计算平衡时一氧化碳转化率=×100%=33.3%。

练习册系列答案
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【题目】氮及其化合物在生活及工业生产中有着重要应用。请回答以下问题:

(1)如图是N2(g)、H2(g)与NH3(g)之间转化的能量关系图,则:

①N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为___________________.

②过程(Ⅰ)和过程(Ⅱ)的反应热________(填“相同”或“不同”).

③某温度下,在1 L恒温恒容容器中充入1molN2和3 mol H2进行上述反应,10 min达到平衡,此时容器内压强变为原来的7/8.

a.该过程的平衡常数的表达式为____________.

b.N2的平衡转化率为________.

c.此时若保持容器温度和体积不变,向其中再加入2.25 molN2和0.5 mol NH3,则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动.

(2)用NH3可以消除氮氧化物的污染,已知:

反应Ⅰ:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1 平衡常数为K1

反应Ⅱ:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH2=b kJ·mol-1 平衡常数为K2

反应Ⅲ:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1 平衡常数为K3

则反应Ⅱ中的b=_____(用含a、c的代数式表示),K3=_____(用K1和K2表示).反应Ⅲ中的ΔS______(填“>”“<”或“=”)0.

(3)在恒容的密闭器中,充入一定量的NH3和NO进行上述反应Ⅲ,测得不同温度下反应体系中NH3的转化率(α)与压强p的关系如图所示:

①分析得p1________p2.(填“>”“<”或“=”)

②下列叙述中,不能作为判断反应Ⅲ已经达到平衡状态的标志的是________(填序号).

a.N2的浓度不再改变 b.断裂6 mol N—H键的同时,有6 mol H—O键形成

c.容器中压强不再变化 d.混合气体的密度保持不变

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