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3.环境保护是现代的世界性课题,人类已在多方面取得了突破性进展.
(1)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器--动态库仑仪已获得实际应用.它的工作原理如下图一所示.NiO电极上NO发生的电极反应式为NO+O2--2e-=NO2
(2)使用稀土催化剂有效消除汽车尾气中的NOx、碳氢化合物也已逐渐成为成熟技术.压缩天然气汽车利用这一技术将NOx、CH4转化成无毒物质,相关反应为:
①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1<0
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2<0
③CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H3
则△H3=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}}{2}$.(用△H1和△H2表示)
(3)实验室在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生反应③,测得在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率如下表:
投料比[n(NO2)/n(CH4)]400K500K600K
160%43%28%
245%33%20%
①在NO2与CH4反应时,可提高NO2转化率的措施有CEF.(填编号)
A.增加催化剂的表面积B.改用高效催化剂 C.降低温度
D.增大压强E.分离出H2O(g) F.减小[n(NO2)/n(CH4)]
②400K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.40mol,充入容积为2L的装有催化剂的密闭容器中,反应经过5min达到平衡,试计算反应在该温度时的平衡常数.(写出计算过程,计算结果保留三位有效数字)
③若温度不变,在反应进行到10min时将容器的容积快速压缩为1L,请在答题卷表格中画出0min~15min内,容器中CO2物质的量浓度c随时间变化的曲线图.
(4)SNCR是一种新型的烟气脱氮环保技术.在有氧条件下,其脱氮原理是:NO(g)+4NH3(g)+O2(g)═4N2(g)+6H2O(g)△H=-1627.2kJ•mol-1.NO和NH3在Ag2O催化剂表面的反应随温度的变化曲线如右图所示.图中曲线表明,随着反应温度的升高,在有氧的条件下NO的转化率有一明显的下降过程,其原因可能是(回答两条):脱氮反应是放热反应,达到平衡后升高温度,平衡逆向移动;温度升高发生了副反应:4NH3+5O2═4NO+6H2O.

分析 (1)根据图片知,铂电极上氧气得电子作正极,NiO电极上NO失电子发生氧化反应生成NO2
(2)根据方程式①②的加减得出化学方程式③,焓变相应的加减,从而计算出△H3
(3)①A.催化剂对转化率无影响;
B.催化剂对转化率无影响;
C.该反应为放热反应,降低温度,平衡正移;
D.增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动;
E.减少生成物的浓度,平衡正移;
F.由表中数据可知,[n(NO2)/n(CH4)]越大,NO2转化率越小;
②400K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.40mol,则NO2和CH4各为0.2mol,NO2的平衡转化率为60%,利用三段式求出平衡浓度,再求平衡常数K;
③从0~5min,CO2的浓度从0逐渐增大到0.03mol/L,5min~10min,CO2的浓度保持不变,在10min时将容器的容积快速压缩为1L,CO2的浓度瞬间变为0.06mol/L,然后逐渐减小,达到平衡时,CO2平衡浓度大于0.03 mol/L;
(4)反应4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)?4N2(g)+6H2O(g)△H=-1627.2kJ•mol-1是放热反应,升温平衡逆向移动,温度升高时还会发生氨气的催化氧化.

解答 解:(1)负极NiO上一氧化氮失电子和氧离子反应生成二氧化氮,电极反应式为NO-2e-+O2-═NO2
故答案为:NO+O2--2e-=NO2
(2)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1<0
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2<0
③CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H3
由盖斯定律可知,方程式③=$\frac{1}{2}$(②+①)则△H3=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}}{2}$;
故答案为:$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}}{2}$;
(3)①A.催化剂对转化率无影响,则增加催化剂的表面积,NO2转化率不变,故A错误;
B.催化剂对转化率无影响,改用高效催化剂,NO2转化率不变,故B错误;
C.该反应为放热反应,降低温度,平衡正移,则NO2转化率增大,故C正确;
D.增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,则平衡向逆方向移动,所以NO2转化率减小,故D错误;
E.减少生成物的浓度,平衡正移,所以分离出H2O(g),平衡正移,则NO2转化率增大,故E正确;
F.由表中数据可知,[n(NO2)/n(CH4)]越大,NO2转化率越小,减小[n(NO2)/n(CH4)],NO2转化率增大,故F正确;
故答案为:CEF;
②400K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.40mol,则NO2和CH4各为0.2mol,NO2的平衡转化率为60%,
依题意得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
c(始) mol/L:0.10     0.10      0           0        0
c(变) mol/L:0.03     0.06     0.03      0.03       0.06
c(平 )mol/L:0.07     0.04     0.03      0.03       0.06
K=$\frac{c({N}_{2})•{c}^{2}({H}_{2}O)•c(C{O}_{2})}{c(C{H}_{4})•{c}^{2}(N{O}_{2})}$=$\frac{0.03×0.0{6}^{2}×0.03}{0.07×0.0{4}^{2}}$=2.89×10-2
答:该温度时的平衡常数2.89×10-2
③从0~5min,CO2的浓度从0逐渐增大到0.03mol/L,5min~10min,CO2的浓度保持不变,在10min时将容器的容积快速压缩为1L,CO2的浓度瞬间变为0.06mol/L,然后逐渐减小,达到平衡时,CO2平衡浓度大于0.03 mol/L,则作图为
故答案为:
(4)反应4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)?4N2(g)+6H2O(g)△H=-1627.2kJ•mol-1是放热反应,升温平衡逆向移动,温度升高时还会发生氨气的催化氧化,
故答案为:脱氮反应是放热反应,达到平衡后升高温度,平衡逆向移动;温度升高发生了副反应:4NH3+5O2═4NO+6H2O.

点评 本题考查了盖斯定律的应用、原电池原理及电极反应书写、化学反应速率和化学平衡的影响因素、K的计算等知识,题目难度较大,试题涉及的题量较大,知识点较多、综合性强,熟练掌握知识的迁移和应用是解答本题的关键,试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

13.A、B、C、D、E为短周期元素,且原子序数依次增大,质子数之和为39,B、C同周期,A、D同主族,A、C常温下能形成两种液态化合物A2C和A2C2,E元素的周期数与主族序数相等.
请用化学用语回答下列问题:
(1)E元素在周期表中的位置为第三周期第ⅢA族,请写出E最高价氧化物对应水化物的电离方程式:H++AlO2-+H2O?Al(OH)3?Al3++3OH-
(2)C、D、E三种元素对应简单离子半径从大到小的顺序为O2->Na+>Al3+;由A、B、C三种元素组成的18电子微粒的分子式为CH4O.
(3)用电子式表示BC2的形成过程:
(4)原子序数比C小1的元素F,也能与A形成18电子的分子,已知1mol该分子在一定条件下可以还原4mol氧化铜,同时生成一种无污染的气体单质和红色固体还有水.请写出化学方程式:N2H4+4CuO$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$N2+2Cu2O+2H2O.
(5)废印刷电路板上含有铜,以往的回收方法是将其灼烧使铜转化为氧化铜,再用硫酸溶解.现改用A2C2和稀硫酸浸泡废印刷电路板既达到上述目的,又保护了环境,试写出反应的离子方程式:Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O.
(6)元素D的单质在一定条件下,能与A单质化合生成一种化合物DA,DA能与水反应放出氢气,若将1mol DA和1mol E单质混合加入足量的水,充分反应后生成的气体在标准状况下的体积是56L.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.如图是产生和收集气体的实验装置,该装置最适合(  )
A.氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气
B.石灰石和盐酸制取二氧化碳
C.浓盐酸和二氧化锰制取氯气
D.铜与稀硝酸反应制取一氧化氮

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

11.下列离子方程式的书写正确的是(  )
A.在硫酸铜溶液中加入过量氢氧化钡溶液  Ba2++SO42-=BaSO4
B.钠与水的反应Na+2H2O═Na++2OH-+H2
C.氯气通入氢氧化钠溶液中  2Cl2+2OH-=3Cl-+ClO-+H2O
D.大理石溶于醋酸的反应CaCO3+2CH3COOH═Ca2++2CH3COO-+CO2↑+H2O

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

18.《化学与生活》
(1)合理膳食,保持营养均衡,是青少年学生健康成长的重要保证.
①蛋白质是人体必需的营养物质,它在人体内最终分解为B.
A.葡萄糖        B.氨基酸         C.脂肪酸
②现有下列五种物质  A.食盐  B.食醋  C.苹果汁  D.葡萄糖  E.青霉素,请按下列要求填空(填序号).
富含维生素C的是C;可直接进入血液,补充能量的是D;应用最广泛
的抗生素之一的是E;即可作为调味剂,又可作为防腐剂、着色剂的是B;
食用过多会引起血压升高、肾脏受损的A.
(2)材料是人类生存和发展的物质基础,合理使用材料可以改善我们的生活.
①居室装修所使的人造板材会释放出一种挥发性物质,长期接触会引起过敏性皮炎,免疫功能异常,该挥发性物质是C.
A.酒精        B.蔗糖            C.甲醛
②一般情况下,合金比组成它的成分金属硬度大 (填大、小).
③电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因,自行车的钢圈通常采用镀Cr(填涂油漆或镀Cr)防腐蚀.
(3)我国农业因遭受酸雨而造成的损失每年高达15亿多元,为了有效控制酸雨,国务院已批准了《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规.
①下列措施中,你认为减少酸雨产生的途径可采用的是A、C、E.(用字母表示)
A.少用煤作燃料B.把工厂烟囱造高C.燃烧脱硫煤
D.在已酸化的土壤中加石灰E.开发新能源
②在英国进行了一个研究,结果表明:高烟囱可以有效地降低其周围地表面SO2浓度.在20世纪的60~70年代的10年间,由发电厂排放出的SO2增加了35%,但由于建筑高烟囱,结果使附近地面SO2浓度降低了30%之多.请你从全球环境保护的角度,分析这种方法是否可取?

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

8.研究金属铁及其化合物的性质有重要意义.
(1)硫酸工业生产中,多采用煅烧黄铁矿(主要成分是FeS2,Fe为+2价)生产SO2,同时得到氧化铁.反应中被氧化的元素为Fe、S,反应中转移2.2mol电子,理论上可生成8.96L SO2(标准状况下).
(2)印刷线路板腐蚀废液中含有FeCl3、FeCl2和CuCl2.欲从废液中回收铜,并重新获得FeCl3溶液.回收铜时,需要用到的试剂为铁粉、稀盐酸,向回收铜后的溶液通入C12,充分反应后就可获得FeCl3溶液,写出通入Cl2时发生反应的离子方程式2Fe2+Cl2=2Fe3++2Cl-
(3)以Fe和石墨作电极,电解饱和食盐水制Fe(OH)2,写出电解的总反应式Fe+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Fe(OH)2↑+H2↓.
(4)钢铁露置在潮湿空气中主要发生电化学腐蚀,如图是海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图.下列判断正确的是bd(填写序号).
a.发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
b.发生电化学腐蚀的负极反应为:Fe-2e-=Fe2+
c.图中①、②、③三个区域,生成铁锈最多的是③
d.图中①、②、③三个区域,生成铁锈最多的是②
铁器深埋地下,也会发生严重的电化学腐蚀,原因是一种称为硫酸盐还原菌的细菌,能提供正极反应的催化剂,将土壤中的SO42-还原为S2-,试写出该电化学腐蚀的正极反应式SO42-+4H2O+8e-=S2-+8OH-

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.对下列物质用途的解释中,错误的是(  )
选项用途解释
A硅胶可作袋装食品的干燥剂硅胶多孔,吸收空气中氧气的能力强
BCuSO4可作游泳池的消毒剂铜盐能使构成病毒的蛋白质变性
C浸有高锰酸钾溶液的硅藻土可作某些水果的保鲜剂高锰酸钾溶液能氧化水果释放的催熟剂乙烯
DNa2O2可作呼吸面具中的供氧剂Na2O2能吸收CO2同时放出O2
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

12.有BaCl2和NaCl的混合溶液aL,将它均分成两份.一份滴加稀硫酸,使Ba2+离子完全沉淀;另一份滴加AgNO3溶液,使Cl-离子完全沉淀.反应中消耗xmol H2SO4、ymol AgNO3.据此得知原混合溶液中的c(Na+)为(  )
A.$\frac{y-2x}{a}$ mol/LB.$\frac{y-x}{a}$  mol/LC.$\frac{2y-2x}{a}$ mol/LD.$\frac{2y-4x}{a}$mol/L

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.与氢硫酸反应有沉淀生成的电解质是(  )
A.硫酸铜B.氢氧化钠C.硫酸亚铁D.二氧化硫

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