氮及其化合物与人类各方面有着密切的联系。Ⅰ现有一支15mL的试管,充满NO倒置于水槽中,向试管中缓缓通入一定量氧气,当试管内液面稳定时,剩余气体3mL。则通入氧气的体积可能为 mL。
Ⅱ目前,消除氮氧化物污染有多种方法。
(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H="-574kJ/mol"
②CH4(g)+4NO(g)= 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H="-1160kJ/mol"
③H2O(g)= H2O(l) △H=-44kJ/mol
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g) 、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式 。
(2)用活性炭还原法处理氮氧化物,有关反应为:
某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温(T0C)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是_______ ;(选填字母代号)
A.容器内CO2的浓度保持不变
B.v正(N2)="2" v正(NO)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
E.混合气体的平均相对分子质量保持不变
②前20分钟,平均反应速率v(NO)= 。v(NO)=(0.1- 0.04)/ 20 = 0.003mol·L-1· min-1
③在T0C时,该反应的平衡常数为_______(保留两位小数);
④在30 min,改变某一条件反应重新达到平衡,则改变的条件是_______ 。
(3)科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为:
研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下表中。
实验编号 | T(0C) | NO初始浓度 (mol/L) | CO初始浓度 (mol/L) | 催化剂的比 表面积(m2/g) |
Ⅰ | 280 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | 82 |
Ⅱ | a | b | c | 124 |
Ⅲ | 350 | d | e | 124 |
Ⅰ:9ml或14.25ml
Ⅱ:(1) CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H="-955" kJ/mol
(2)①BC ②0.003mol·L-1· min-1 ③0.56 ④减小CO2 的浓度
(3)a=280℃ b= 1.20×10-3 e=5.80×10-3
解析试题分析:(Ⅰ)往充满NO的试管中充入氧气并倒扣在水槽,发生的反应是4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3,最终剩余的气体可能是NO或O2;所以设氧气体积总共为X,
则①剩余氧气3ml时,4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3 ②剩余NO 3ml时,4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3
4: 3 4 :3
15ml X 15ml X
X="15×3/4" + 3 =14.25ml X=(15-3)×3/4 =9ml
(Ⅱ) (1) 据已知方程式可知目标方程式可以由方程式(①+②+③×4)÷2 得
CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),而△H=(△H1+△H2+4×△H3)÷2=" -955" kJ/mol
(2)在反应C(s)+2NO(g)= N2(g)+CO2(g)中,要判断是否达到平衡,要找变量,变量不变则达到平衡。容器内CO2的浓度是变量,保持不变时说明达到平衡,A正确;v正(N2)="2" v正(NO)表示的都是正反应的速率关系,不能说明正逆反应速率相等,所以不能判断平衡,B错误;反应方程式的前后系数相等,所以容器内压强随着反应保持不变,所以不能判断平衡,C错误;密闭容器是恒容,容器内总质量不变,但由于有固体参加,混合气体的质量是个变量,据ρ=m气/V知,当气体质量不变时,混合气体的密度保持不变,此时反应达到平衡,D正确; 同样混合气体的质量是个变量,据M=m气/n气 知,M也是个变量,当M保持不变时达到平衡,E正确。故选BC。
(3)v(NO)=(0.1- 0.04)mol·L-1/ 20min = 0.003mol·L-1· min-1
据表格数据可知,当反应达到20min时,各物质浓度不再变化反应达到第一次平衡,平衡常数
K=C(N2)·C(CO2)/ C2(NO)=0.032/0.042 =0.56 ;反应在40min时,各物质浓度发生变化,且C(CO2)浓度减小最多,平衡往正反应方向移动,所以改变的条件是减小CO2 的浓度。
(4)实验要验证的是温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律,所以对比试验要控制变量,所以a=280℃ b= 1.20×10-3 e=5.80×10-3 。
考点:本题考查的是氮氧化物的计算、反应与能量计算、反应速率和平衡和常数的计算以及影响因素,考查的计算各种各样,综合能力强。
科目:高中化学 来源: 题型:填空题
氮是地球上含量最丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。请回答下列问题:
(1)右图是1 mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式 。
(2)在0.5L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行如下化学反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H<0其化学平衡常数K与温度t的关系如右表:请完成下列问题;
t/℃ | 200 | 300 | 400 |
K | K1 | K2 | 0.5 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为 CO、CO2、H2等)与H2混合,催化合成甲醇和二甲醚(CH3OCH3)及许多烃类物质等,是生物质能利用的方法之一.
(1)已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值(lgK)如下表:
反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),该反应的△H________0(选填:“>”、“<”、“=”);在900K时,该反应平衡常数的对数值(lgK)=_____________.
(2)甲醇是一种重要的能源和化工原料,工业上合成甲醇的反应为:CO+2H2?CH3OH.现已知:H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol和-726.5KJ/mol。则:CH3OH不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学反应方程式 .
(3)在一定温度、压强和催化条件下,工业上用CO和H2反应生成二甲醚,同时产生一种参与大气循环的无机物。则该反应的化学反应方程式为: .
(4)下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图.a电极上发生反应的电极反应式为 .
(5)连接下图右装置的电源为(4)问中的二甲醚燃料电池。接通电源一段时间后,观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色,并逐渐加深。则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中 电极(填a或b)相连。通电时发生反应的总的离子反应方程式为: .
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
常温常压下,断裂1mol(理想)气体分子化学键所吸收的能量或形成1mol(理想)气体分子化学键所放出的能量称为键能(单位为kJ.mol-1)下表是一些键能数据(kJ·mol-1)
化学键 | 键能 | 化学键 | 键能 | 化学键 | 键能 |
C-F | 427 | C-Cl | 330 | C-I | 218 |
H-H | 436 | S=S | 255 | H-S | 339 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
甲烷是天然气的主要成分,是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质。
(1)一定条件下,用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知:
①CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g); △H1
②CH4(g) + 4NO2(g) =" 4NO(g)" + CO2(g) + 2H2O(g);△H2
现有一份在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体,用16g甲烷气体催化还原该混合气体,恰好生成氮气、二氧化碳气体和水蒸气,共放出1042.8kJ热量。
①该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为
②已知上述热化学方程式中△H1=—1160kJ/mol,则△H2=
③在一定条件下NO气体可以分解为NO2气体和N2气体,写出该反应的热化学方程式 。
(2)以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究,下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题:
④B极为电池 极,电极反应式为
⑤若用该燃料电池做电源,用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液,写出阳极的电极反应式 ,当两极收集到的气体体积相等时,理论上消耗的甲烷的体积为 (标况下),实际上消耗的甲烷体积(折算到标况)比理论上大,可能原因为 .
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
把煤作为燃料可通过下列两种途径:
途径I:C(s) +O2 (g)=CO2(g) △H1<0 ①
途径II:先制成水煤气:C(s) +H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H2>0 ②
再燃烧水煤气:2CO(g)+O2 (g)=2CO2(g) △H3<0 ③
2H2(g)+O2 (g)=2H2O(g) △H4<0 ④
请回答下列问题:
(1)途径I放出的热量 ( 填“大于”“等于”或“小于”) 途径II放出的热量,原因是 。
(2)△H1、△H2、△H3、△H4的数学关系式是 。
(3)12g炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳,放出110.35kJ热量。其热化学方程式为 。
(4)煤炭作为燃料采用途径II的优点有
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
化学反应中一定伴随着能量的变化,化学能在实际生产生活中的应用将越来越广泛。
(1)利用氢气可以制取工业原料乙酸。已知:
①CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H1 = -870.3kJ/mo1
②C(s)+O2(g)=CO2(g) △H 2= -393.5kJ/mo1
③H2(g) + 1/2O2(g)=H2O(l) △H 3= -285.8kJ/mo1
试利用上述信息计算下述反应的反应热:
2C(s)+2H2(g)+O2(g)=CH3COOH(l) △H= 。
(2)科学家可用焓变和熵变来判断化学反应进行的方向,下列都是能自发进行的化学反应,其中是吸热反应且反应后熵增的为 (填字母)。
A.2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ | B.3Fe+2O2=Fe3O4 |
C.(NH4)2CO3=NH4HCO3+NH3↑ | D.NaOH+HCl=NaCl+H2O |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
二甲醚是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚( CH3OCH3)。请回答下列问题:
(1)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H= -90.8kJ/mol
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.3kJ/mol
总反应:3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g) 的△H= ;
一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是:
________(填字母代号)。
a.压缩体积 b.加入催化剂 c.减少CO2的浓度 d.增加CO的浓度
e.分离出二甲醚(CH3OCH3)
(2)已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5kJ/mol
某温度下的平衡常数为400。此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质 | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
浓度(mol·L-1) | 0.40 | 0.6 | 0.6 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
已知体积为2L的恒容密闭容器中发生反应:,请根据化学反应的有关原理同答下列问题
(1)一定条件下,充入2 mol SO2(g)和2 mol O2(g),20 s后,测得SO2的体积百分含量为12.5%,则用SO2表示该反应在这20s内的反应速率为____,此时,该密闭容器内混合气体的压强是反应前的____倍。
(2)下面的叙述可作为判断(1)中可逆反应达到平衡状态依据的是(填序号)____。
①
②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变
④各气体的浓度都不再发生变化
(3)下图表示该反应的速率(v)随时间(t)的变化的关系。则下列不同时间段中,SO3的百分含量最高的是( )
据图分析:你认为t3时改变的外界条件可能是 ;
t6时保持体积不变向体系中充人少量SO3,再次平衡后
SO2的体积百分含量比t6时 (填“大”\“小”或“等于”)。
(4)下图中P是可自由平行滑动的活塞。在相同温度时,向A容器中充入4 mol SO3(g),关闭K,向B容器中充入2 mol SO3(g),两容器分别发生反应。
已知起始时容器A和B的体积均为aL。试回答:
①反应达到平衡时容器B的体积为1.2a L,容器B中SO3转
化率为____
②若打开K,一段时间后重新达到平衡,容器B的体积为 __L(连通管中气体体积忽略不计,且不考虑温度的影响)。
(5)已知单质硫的燃烧热为△H=-296kJ/mol,经测定由S(s)生成120gSO3(g)可放热592.5kJ,请写出SO2(g)氧化生成SO3(g)的热化学方程式____。
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