(14分) 甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛,请回答下列问题:?
(1)以天然气为原料制H2是合成氨的一条重要的路线。甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料气H2,其反应式如下:
①CH
(g)+1/2O
(g)=CO(g)+2H
(g)
H1=-35.6kJ·mol![]()
试判断常温下,上述反应能否自发进行: (填”能”或”否”)。有研究认为甲烷部分氧化的机理为:
②CH
(g)+2O
(g)=CO2(g)+2H2O(g)
H2=-890.3kJ·mol![]()
③CH
(g)+CO
(g)=2CO(g)+2H
(g)
H3=247.3kJ·mol![]()
请结合以上条件写出CH4和H2O(g)生成CO和H2的热化学反应方程式:
。
⑵恒温下,向一个2L的密闭容器中充入1 molN2和2.6 molH2,反应过程中对NH3的浓度进行检测,得到的数据如下表所示:
实验数据
| 时间/min | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
| c(NH3)/( mol ·/L-1) | 0.08 | 0.14 | 0.18 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
(3)如下图所示,装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液),通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。?
①b处电极上发生的电极反应式是 。
②电镀结束后,装置Ⅰ中溶液的pH (填写“变大”、“变小”或“不变”,下同),装置Ⅱ中Cu
③若完全反应后,装置Ⅱ中阴极质量增加12.8g,则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷 L (标准状况下)。
(11分)在汽车上安装三效催化转化器,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。
(1)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
①尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H= 。
②已知:N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol—1、497 kJ·mol—1,则NO分子中化学键的键能为 kJ·mol—1。
(2)某研究性学习小组在技术人员的指导下,在某温度时,按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率,用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:![]()
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
①前3s内的平均反应速率v (N2) = _________________________。
②在该温度下,反应的平衡常数K = 。(只写出计算结果)
③该可逆反应△S 0(填“>”、“<”或“=”),在_______________(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(3)CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是 ![]()
| A.负极的电极反应式为: CO+O2—―2e-=CO2 |
| B.工作时电极b作正极,O2-由电极a流向电极b |
| C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b |
| D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高 |
(15分)非金属元素氮有多种氧化物,如NO、NO2、N2O4等。已知NO2和N2O4的结构式分别是
和
。实验测得N-N键键能为167kJ·mol-1,NO2中氮氧双键的平均键能为466 kJ·mol-1,N2O4中氮氧双键的平均键能为438.5 kJ·mol-1。
(1)写出NO2转化为N2O4的热化学方程式_________________________________________
(2)对反应2NO2 (g)
N2O4 (g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )![]()
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
C.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(3)在100℃时,将0.400mol的NO2气体充入2 L抽空的密闭容器中,每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析,得到如下表数据:
| 时间(s) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 |
| n(NO2)/mol | 0.40 | n1 | 0.26 | n3 | n4 |
| n(N2O4)/mol | 0.00 | 0.05 | n2 | 0.08 | 0.08 |
②2NO2(g)
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N2O4气体,要达到上述同样的平衡状态,N2O4的起始浓度是_____________mol·L-1。
④计算③中条件下达到平衡后混合气体的平均相对分子质量为____________。(结果保留小数点后一位)