题目内容

【题目】氮的化合物是造成大气污染的主要物质。研究氮的化合物的反应机理对于消除环境污染有重要意义。

(1)NO在空气中存在如下反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)△H,上述反应分两步完成,其反应历程如图所示:回答下列问题:

①写出反应I的热化学方程式___。

②对于总反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g),对该反应体系升高温度发现总反应速率反而变慢,其原因可能是__(反应未使用催化剂)。

(2)用焦炭还原NO2的反应为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),在恒温条件下,1molNO2和足量C发生该反应,测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示:

①A、B两点的浓度平衡常数关系:Kc(A)___Kc(B)(填“<”“>”或“=”)

②A、B、C三点中NO2的转化率最低的是___(填“A”“B”或“C”)点。

③计算C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)=___(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算)

(3)电化学气敏传感器可以监测空气环境中NH3的含量,原理如图所示。负极的电极反应为___,假设有16.8L(标准状况)的氨气进入传感器参与反应,另一极需要通入标准状况下O2的体积为___。

【答案】2NO(g)N2O2(g) △H=-(E3-E4)kJ·mol-1 温度升高后反应I平衡逆向移动,导致N2O2浓度减小,温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响,导致反应Ⅱ速度变慢,最终总反应速率变慢 = B点 4Mpa 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O 12.6L

【解析】

(1)①根据能量关系图,反应I为放热反应,热化学方程式2NO(g)N2O2(g) △H=-(E3-E4)kJ·mol-1 。故答案为:2NO(g)N2O2(g) △H=-(E3-E4)kJ·mol-1 ;

②反应I和反应Ⅱ中,反应I是快反应,会快速建立平衡状态,而反应Ⅱ是慢反应。决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应速率的是反应Ⅱ,对于总反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g),对该反应体系升高温度发现总反应速率反而变慢,其原因可能是:温度升高后反应I平衡逆向移动,导致N2O2浓度减小,温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响,导致反应Ⅱ速度变慢,最终总反应速率变慢(反应未使用催化剂)。故答案为:温度升高后反应I平衡逆向移动,导致N2O2浓度减小,温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响,导致反应Ⅱ速度变慢,最终总反应速率变慢;

(2)①A、B两点的温度相同,平衡常数K只与温度有关,A、B两点的浓度平衡常数关系:Kc(A)=Kc(B),故答案为:=;

②2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)是个气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,A、B、C三点中NO2的转化率最低的是B点。故答案为:B;

③1mol NO2和足量C发生该反应,设反应二氧化氮x,列三段式:

从图知C点时NO2和CO2的物质的量浓度相同,则1-x=x,解得x=0.5,则平衡时总的物质的量为1.25mol,计算C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)= =4Mpa,故答案为:4Mpa;

(3)原电池中,负极失去电子发生氧化反应,根据图可知,为氨气生成氮气,电极反应式为:2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O;正极的反应为:O2+4e-+H2O=4OH-,逸出氨气16.8L,参与反应氨气为0.75mol,则转移电子数为2.25mol,则氧气为×2.25mol=0.5625mol,故通入标准状况下02的体积为0.5625mol×22.4L·mol-1=12.6L;

故答案为:2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O;12.6L。

练习册系列答案
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反应i:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.01kJmol-1

反应ii:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=-165.0kJmol-1

反应iii:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H=+41.17kJmol-1

回答下列问题:

(1)由CO、H2合成甲醇的热化学方程式为_____。

(2)反应iii为逆水煤气变换反应,简称RWGS。以金属催化剂为例,该反应历程的微观示意和相对能量(eV)变化图如图所示(为催化剂,为C原子,为O原子,o为H原子)

历程I:

历程II:

历程III:

①历程1方框内反应的方程式为CO2*+*=CO*+O*(*为催化剂活性位点)。根据图示,其反应热△H_____0(填“>”或“<”)。

②反应历程II方框内的方程式是_____。

③反应历程中_____(填“历程I”、“历程II”或“历程III”)是RWGS的控速步骤。

(3)我国科学家研究了不同反应温度对含碳产组成的影响。在反应器中按=3:1通入H2和CO2,分别在0.1MPa和1MPa下进行反应。试验中温度对平衡组成C1(CO2、CO、CH4)中的CO和CH4的影响如图所示(该反应条件下甲醇产量极低,因此忽略“反应i”):

①1MPa时,表示CH4和CO平衡组成随温度变化关系的曲线分别是_____、_____。M点CO平衡组成含量高于N点的原因是_____。

②当CH4和CO平衡组成为40%时,该温度下反应iii的平衡常数Kp为_____。

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