题目内容

【题目】氮元素的化合物种类繁多,性质也各不相同。请回答下列问题:

(1)NO2有较强的氧化性,能将SO2氧化成SO3,自身被还原为NO,已知下列两反应过程中能量变化如图1、图2所示,则NO2氧化SO2生成SO3(g)的热化学方程式为____。

(2)在氮气保护下,在实验室中用足量的Fe粉还原KNO3溶液(pH =2.5)。反应过程中溶液中相关离子的质量浓度、pH随时间的变化曲线(部分副反应产物曲线略去)如图3所示。请根据图3中信息写出min前反应的离子方程式____。

(3)研究人员用活性炭对汽车尾气中的NO进行吸附,发生反应C(s) +2NO(g)N2(g) +CO2(g) H<0。在恒压密闭容器中加入足量的活性炭和一定量的NO气体,反应相同时间时,测得NO的转化率(NO)随温度的变化如图4所示:

①由图4可知,温度低于1 050 K时,NO的转化率随温度升高而增大,原因是__;温度为1050 K时CO2的平衡体积分数为__。

②对于反应C(s) +2NO(g)N2(g)+CO2(g)的反应体系,标准平衡常数,其中为标准压强(1×105Pa),、和为各组分的平衡分压,如=·,为平衡总压,为平衡系统中 NO的物质的量分数。若NO的起始物质的量为1 mol,假设反应在恒定温度和标准压强下进行,NO的平衡转化率为,则=__(用含的最简式表示)。

(4)利用现代手持技术传感器探究压强对2NO2 (g)N2O4(g)平衡移动的影响。在恒定温度和标准压强条件下,往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在s、s时迅速移动活塞后并保持活塞位置不变,测定针筒内气体压强变化如图5所示。

①B、E两点对应的正反应速率大小为__(填“ > ”“ < ”或“ =”)。

②E、F、G、H四点对应气体的平均相对分子质量最大的点为__。

【答案】NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g) △H=-41.8kJ·mol-1 4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O 温度低于1050K时,反应未达到平衡状态,随温度升高,反应速率加快,NO转化率增大 40% > H

【解析】

(1)根据图1和图2中的信息,可得热化学方程式①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H1=-196.6kJ·mol-1,②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H2=-113.0kJ·mol-1,(反应①-反应②)可得NO2氧化SO2的反应方程式,NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(g) △H=(△H1-△H2)=[-196.6kJ·mol-1-(-113.0kJ·mol-1)]=-41.8kJ·mol-1,则NO2氧化SO2生成SO3(g)的热化学方程式为NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g)△H=-41.8kJ·mol-1;

(2)根据图像,t1min前,溶液为酸性,反应后pH快速增大,NO3-的量在减小,而Fe2+和NH4+的量在增加,说明Fe和NO3-反应生成Fe2+和NH4+,离子方程式为4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O;

(3)①温度低于1050K时,温度较低,化学反应速率较慢,反应没有达到平衡,平衡向正反应反应移动,随着温度升高,化学反应速率增大,NO的转化率增大;平衡时,NO的转化为80%。假设通入NO的物质的量为xmol,利用三等式,有:

则CO2的体积分数为;

②若NO的起始物质的量为1mol,假设反应在恒定温度和标准压强下进行,NO的平衡转化率为α,根据三等式,有:

NO的物质的量分数为,同理N2和CO2的体积分数分别为0.5α、0.5α;则;

(4)在针筒中,体积越小,压强越大,增大压强,平衡正向移动。

①体积越小,各物质的浓度越大,反应速率越大,B点的压强大,E点的压强小,那么B点各物质的浓度大,化学反应速率快,则有vB>vE;

②平均相对分子质量,根据质量守恒,总质量m不变,则n越小,平均相对分子质量越大。反应向正反应方向进行,n会变小,则反应正向进行得越多,平均相对分子质量越大;E点到F点的过程为压缩体积的过程,压强瞬时变大,F到H为压缩体积,平衡正向移动的过程,H达到平衡,则H点,物质的总物质的量n最小,平衡摩尔质量最大。

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