题目内容

9.“霾”是当今世界环境热点话题.目前我国许多地方空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气.NO和CO气体均为汽车尾气的成分,这两种气体在催化转换器中发生如下反应:
2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2(g)+N2(g)△H=-akJ•mol-1(a>0)
(1)在一定温度下,将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图1所示:
①0~15min N2的平均速率v(N2)=0.013mol/(L•min);NO的转化率为40%.
②20min时,若改变反应条件,导致CO浓度减小,则改变的条件可能是cd(选填序号).
a.缩小容器体积
b.增加CO的量
c.降低温度
d.扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变,20min时再向容器中充入NO、N2各0.4mol,化学平衡将向左移动(选填“向左”、“向右”或“不”),重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为$\frac{5}{36}$L/mol.
(2)已知:2NO(g)+O2(g)═2NO2(g)△H=-b kJ•mol-1(b>0)CO的燃烧热△H=-c kJ•mol-1(c>0)则在消除汽车尾气中NO2的污染时,NO2与CO发生反应的热化学反应方程式为4CO(g)+2NO2(g)=N2(g)+4CO2(g)△H=(-a+b-2c) kJ•mol-1.
(3)工业废气中含有的NO2还可用电解法消除.制备方法之一是先将NO2转化为N2O4,然后采用电解法制备N2O5,装置如图2所示.Pt乙为阴极,电解池中生成N2O5的电极反应式是N2O4+2HNO3-2e-═2N2O5+2H+.

分析 (1)①根据v=$\frac{△c}{△t}$,转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%进行计算;
②若改变反应条件,导致CO浓度减小,可以采用改变温度或容器容积的方法;
③根据平衡时浓度,结合平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算其平衡常数,再根据浓度商与化学平衡常数相对大小判断平衡移动方向;
(2)已知:2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2(g)+N2(g)△H=-a kJ•mol-1①
2NO(g)+O2(g)═2NO2(g)△H=-b kJ•mol-1(b>0)②
CO的燃烧热△H=-c kJ•mol-1(c>0)③
则在消除汽车尾气中NO2的污染时,根据盖斯定律②-①-2×③得到所需热化学方程式;
(3)Pt乙极由无水硝酸得到N2O4,发生还原反应,所以Pt乙为阴极,N2O4被氧化得N2O5,依据电荷守恒和原子守恒配平书写电极反应.

解答 解:(1)①0~15min△C(N2)=0.2mol/L,故0~15min N2的平均速率v(N2)=$\frac{0.2mol/L}{15min}$≈0.013mol/(L•min),
△C(N2)=0.2mol/L,则△C(NO)=2△C(N2)=0.2×2=0.4mol/L,△n(NO)=0.4mol/L×2L=0.8mol,故NO的转化率=$\frac{0.8}{2}$×100%=40%;
故答案为:0.013mol/(L•min);40%;
②a.缩小容器体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,但CO浓度增大,故a错误;
b.增加CO的量,平衡向正反应方向移动,但CO的浓度增大,故a错误;
c.降低温度,平衡向正反应方向移动,则CO的浓度减小,故c正确;
d.扩大容器体积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,但CO浓度减小,故d正确;
故答案为:cd;
③第一次平衡时c(N2)=0.2mol/L,c(CO)=0.8mol/L,c(CO2)=2c(N2)=0.4mol/L,c(NO)=$\frac{2.0mol}{2}$=0.6mol/L,
化学平衡常数K=$\frac{[C{O}_{2}]^{2}[{N}_{2}]}{[NO]^{2}[CO]^{2}}$=$\frac{0.{4}^{2}×0.2}{0.{6}^{2}×0.{8}^{2}}$=$\frac{5}{36}$L/mol,
若保持反应体系的温度不变,20min时再向容器中充入NO、N2各0.4mol,则c(CO)=0.8mol/L,c(CO2)=0.4mol/L,c(N2)=0.2mol/L+$\frac{0.4}{2}$mol/L=0.4mol/L,c(NO)=0.6mol/L+$\frac{0.4}{2}$mol/L=0.8mol/L,其浓度商Qc=$\frac{0.{4}^{2}×0.4}{0.{8}^{2}×0.{8}^{2}}$=$\frac{5}{32}$L/mol>$\frac{5}{36}$L/mol,则平衡向左移动,温度不变,化学平衡常数不变,
故答案为:向左;$\frac{5}{36}$L/mol;
(2)已知:2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2(g)+N2(g)△H=-a kJ•mol-1①
2NO(g)+O2(g)═2NO2(g)△H=-b kJ•mol-1(b>0)②
CO的燃烧热△H=-c kJ•mol-1(c>0)③
则在消除汽车尾气中NO2的污染时,NO2与CO发生反应的热化学反应方程式为:
根据盖斯定律②-①-2×③得:4CO(g)+2NO2(g)=N2(g)+4CO2(g)△H=(-a+b-2c) kJ•mol-1 ,
故答案为:4CO(g)+2NO2(g)=N2(g)+4CO2(g)△H=(-a+b-2c) kJ•mol-1;
(3)Pt乙极由无水硝酸得到N2O4,发生还原反应,所以Pt乙为阴极,N2O4被氧化得N2O5所以电解池中生成N2O5的电极反应式是:N2O4+2HNO3-2e-═2N2O5+2H+.
故答案为:阴 N2O4+2HNO3-2e-═2N2O5+2H+.

点评 本题考查化学反应速率的计算、化学平衡移动原理及化学平衡常数的计算,原电池原理的理解应用,难度较大.要注意利用化学平衡常数与浓度商的关系确定反应方向.

练习册系列答案
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4.目前工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇,某研究小组对下列有关甲醇制取的三条化学反应原理进行探究.已知在不同温度下的化学反应.平衡常数(K1、K2、K3)如表所示:
化学反应焓变平衡常数温度/℃
500700800
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H1K12.50.340.15
②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2(g)△H2K21.01.702.52
③CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2(g)△H3K3
请回答下列问题:
(1)反应②是吸热(填“吸热”或“放热”)反应.
(2)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=K1×K2(用K1、K2表示).
(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡逆向移动,可采取的措施有BC(填字母序号).
A.缩小反应容器的容积      B.扩大反应容器的容积
C.升高温度                D.使用合适的催化剂
E.从平衡体系中及时分离出CH3OH
(4)500℃时,测得反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol•L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正>v逆(填“>”、“=”或“<”).
(5)甲醇是重要的基础化工原料,又是一种新型的燃料,最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极加入甲醇,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它们在高温下能传导O2-离子,该电池的正极反应式为O2+4e-=2O2-.电池工作时,固体电解质里的O2-向负极移动.
(6)300℃时,在一定的压强下,5molCO与足量的H2在催化剂的作用下恰好完全反应变化的热量为454kJ.在该温度时,在容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如表:
容器甲乙丙
反应物投入量1molCO
2mol H2
1mol
CH3OH
2mol
CH3OH
平衡时数据CH3OH的浓度(mol/L)C1C2C3
反应体系的能量变化aKJbKJcKJ
体系压强(Pa)P1P2P3
反应物转化率a1a2a3
下列说法正确的是D.
A.2c1>c3    B.a+b<90.8   C.2p2<p3 D.α1+α3<1.
14.镁、铁、钨、钒的化合物在科学研究和工业生产中用途非常广泛.
Mg2Ni是一种储氢合金,已知:Mg(s)+H2(g)=MgH2(s)△H1=-74.5kJ•mol-1
Mg2Ni(s)+2H2(g)=Mg2NiH4(s)△H2=-64.4kJ•mol-1
(1)写出Mg2Ni和MgH2 反应生成Mg和Mg2NiH4的热化学方程式:Mg2Ni(s)+2MgH2(s)═2Mg(s)+Mg2NiH4(s)△H=+84.6kJ/mol
(2)一定温度下,在碘钨灯灯泡内封存的少量碘与沉积在灯泡壁上的钨可以发生如下的可逆反应:W(s)+I2(g)?WI2(g),为模拟上述反应,在实验室中准确称取4.5×10-3mol碘、6.0×10-3mol金属钨放置于50.0mL密闭容器中,并加热使其反应.如图1是混合气体中的WI2蒸气的物质的量随时间变化关系的图象[n(WI2)~t],其中曲线Ⅰ(0~t2时间段)的反应温度为450℃,曲线Ⅱ(从t2时刻开始)的反应温度为530℃.请回答下列问题:

①该反应是放热(填“放热”或“吸热”)反应.450℃该反应的化学平衡常数K=0.5;
?②反应从开始到t1(t1=3min)时间内的平均速率:v(I2)=1.0×10-2mol•L-1•min-1
③能够说明上述反应已经达到平衡状态的有bc
a.I2与WI2的浓度相等
b.单位时间内,金属钨消耗的物
质的量与单质碘生成的物质的量相等
c.容器内混合气体的密度不再改变
d.容器内气体压强不发生变化
(3)烟气(主要含SO2、CO2)在较高温度经如图2所示方法脱除SO2,并制得H2SO4.
①在阴极放电的物质是O2.
②在阳极生成SO3的电极反应式是2SO42--4e-=2SO3↑+O2↑.

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