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氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。回答下列关于氮元素的有关问题。

(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=" -574" kJ·mol1

②CH4(g) +4NO(g) =2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g);⊿H=" -1160" kJ·mol1

③H2O(g) = H2O(l) ; △H= -44.0 kJ·mol1

写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式                          ,该反应的熵变⊿S     0(填“>”、“<”、“="”" )。

(2)用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) 。某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如右表:

①10min~20min以V(CO2) 表示的反应速率为              

②该反应的平衡常数的表达式为:K=         ,根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数为        (保留两位小数)。

③下列各项能作为判断该反应达到平衡的是    (填序号字母)。

a.容器内压强保持不变        b.2V(NO)(正)= V(N2(逆)

c.容器内CO2的体积分数不变     d.混合气体的密度保持不变

④30min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是              

⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率        (填“增大”、“不变”或“减小”) 。

 

【答案】

(13分)(1)①CH4(g)+2NO2(g) =N2(g) + CO2(g) +2H2O(l);⊿H=" -955" kJ·mol1(2分),<(1分)

(2 ) ① 0.009 mol·L1·min1(1分,没写单位不得分)

②K=, (1分) K=0.56 (2分)

③c、d  (2分,写对一个得1分,多些、错写不给分)

④减小 CO2的浓度   (2分)   ⑤不变     (2分)

【解析】

试题分析:(1)根据盖斯定律可知,(①+②-③×4)÷2即得到CH4(g)+2NO2(g) =N2(g) + CO2(g) +2H2O(l),所以该反应的反应热△H=(-574 kJ/mol-1160 kJ/mol+44.0 kJ/mol×4)÷2=-955 kJ/mol。根据反应式可知,该反应是体积减小的可逆反应,所以该反应的熵变⊿S<0。

(2)①10min~20min内,CO2的浓度增加了0.30mol/L-0.21mol/L=0.09mol/L,所以以V(CO2)表示的反应速率为0.09mol/L÷10min=0.009mol/(L·min)。

②反应进行到40min时,各种物质的浓度不再发生变化,说明反应已经达到平衡状态,则该反应的平衡常数K=

③在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,所以选项c正确;根据方程式可知,反应前后体积是不变的,所以压强始终是不变的,则a不能说明;b中反应速率的方向相反,但不能满足速率之比是相应的化学计量数之比,不正确;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中容积始终是不变的,但质量是变化的,d正确,答案选cd。

④根据表中数据可知,NO和CO2的浓度减少,氮气的浓度增加,这说明改变的条件是减小 CO2的浓度,平衡向正反应方向移动。

⑤由于反应前后体积不变,且反应物只有NO一种气体,所以一定温度下,随着NO的起始浓度增大,但平衡不移动,则NO的平衡转化率不变。

考点:考查反应热的计算、平衡常数的判断和计算、平衡状态的判断以及外界条件对平衡状态的影响

点评:该题是高考中的常见题型,属于中等难度的试题。试题综合性强,难度较大,侧重对学生能力的培养。试题在注重基础知识巩固,侧重对学生解题方法的指导与训练。有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性,提高学生的应试能力和效率。

 

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相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

氮是地球上含量丰富的元素,氮及其化合物的研究在生产、生活中有着重要意义.
(1)如图是1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,写出NO2和CO反应的热化学方程式
NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=-234kJ?mol-1
NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=-234kJ?mol-1
.若在反应体系中加入催化剂使反应速率增大,则E1的变化是
减小
减小
,该反应的反应热△H
不变
不变
(填“增大”“减小”或“不变”).
(2)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180kJ?mol-1
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-746kJ?mol-1
则反应CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)的△H=
-283
-283
kJ?mol-1
(3)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:N2(g)+3H2O(l)=2NH3(g)+
3
2
O2(g)△H=a kJ?mol-1
为进一步研究NH3生成量与温度的关系,测得常压下达到平衡时部分实验数据如下表:
T/K 303 313 323
NH3生成量/(10-6mol) 4.8 5.9 6.0
此合成反应中,a
0;△s
0,(填“>”、“<”或“=”)
(4)在一固定容积为2L的密闭容器内加入2mol NH3和3mol O2,发生反应4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g),2min后达到平衡,生成1.2mol NO.则前2分钟的平均反应速率v(NH3)为
0.3mol/(L?min),
0.3mol/(L?min),
,平衡时O2的转化率为
50%
50%
,该反应平衡常数的表达式K=
C4(NO)C6(H2O)
C4(NH3)C5(O2)
C4(NO)C6(H2O)
C4(NH3)C5(O2)

(5)某温度下,体积均为0.25L的两个恒容密闭容器中发生下列反应:N2(g)+3H2(g) 
催化剂
高温高压
2NH3(g)△H=-92.4kJ?mol-1,实验测得反应起始时、达到平衡时的有关数据如下表所示:
容器
编号
起始时各物质的物质的量/mol 反应达平衡时的焓变/kJ?mol-1
N2 H2 NH3
A 1 3 0 △H1=-23.1
B 0.9 2.7 0.2 △H2
容器B中反应达到平衡状态时的反应热△H2=
13.86
13.86

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

运用化学反应原理研究氮、硫、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义.
Ⅰ.硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图1所示(曲线上任何一点都表示平衡状态).

根据图示回答下列问题:
①2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)的△H
0.若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1
K2;若反应进行到状态D时,v
v(填“>”、“<”或“=”).
②若在恒温、恒容条件下向上述平衡体系中通He,V
不变
不变
(填“增大”、“减小”或“不变”);平衡
移动(填“向左”、“向右”或“不”).
③若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,V
减小
减小
,V
减小
减小
;平衡
向左
向左
移动.
Ⅱ.氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用.
①如图2是一定的温度和压强下是N2和H2反应生成1molNH3过程中能量变化示意图,请写出工业合成氨的热化学反应方程式:
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-2(b-a)kJ?mol-1
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-2(b-a)kJ?mol-1
(△H的数值用含字母a、b的代数式表示).
②工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 
催化剂
高温
2NH3(g).在一定温度下,将一定量的N2和H2通入到体积为1L的密闭容器中达到平衡后.改变下列条件,能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是
AB
AB

A、增大压强    B、增大反应物的浓度   C、使用催化剂     D、降低温度
③工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)
催化剂
高温
2NH3(g).设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol N2(g)和1.60mol H2(g).反应在一定条件下达到平衡时,NH3的体积分数为
4
7
.计算:该条件下N2(g)+3H2(g) 
催化剂
高温
2NH3(g)的平衡常数为
200
200
;N2的平衡转化率为
66.7%
66.7%

④已知化学反应:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g);其化学平衡常数K与温度T的关系如下表:
T/℃ 200 300 400
K K1 K2 0.5
400℃时,在2L的密闭容器中2NH3(g)?N2(g)+3H2(g) 的化学平衡常数K的值为
2
2
.当测得NH3和N2、H2的物质的量分别为12mol和8mol、4mol时,则该反应的v(N2
大于
大于
v(N2)(填“大于”、“小于”或“等于”)

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

(2012?延边州模拟)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮元素的单质及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用.

(1)根据如图1所示能量变化示意图,请写出NO和CO2反应的热化学方程式
CO2(g)+NO(g)=NO2(g)+CO(g)△H=+234kJ?mol-1
CO2(g)+NO(g)=NO2(g)+CO(g)△H=+234kJ?mol-1

(2)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
2NH3(g)?N2(g)+3H2(g)△H>0,
其平衡常数K与温度T的关系如下表:
T/K 298 398 498
平衡常数K 2.44ⅹ10-6 K1 K2
①试判断K1
K2(填写“>”,“<”或“=”);
②该反应的熵变△S
0 (填“>”,“<”或“=”);
③下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是
c
c
(填字母);
a.容器内N2、H2、NH3的物质的量之比为1:3:2
b.2v(NH3=3v(H2
c.容器内混合气体平均相对分子质量保持不变
d.混合气体的密度保持不变
④一定温度下,在1L密闭容器中充入1molN2和3molH2并发生反应.若容器容积恒定,10min达到平衡时,气体的总物质的量为原来的
9
10
,则N2的转化率α(N2)=
20%
20%

(3)①有相同温度下相同浓度的三种盐溶液:A.NH4HCO3;B.NH4 HSO4;C.NH4Cl,按pH由大到小的顺序排列
ACB
ACB
(填字母);
②在常温常压下pH均等于5的NH4Cl和HCl溶液,两种溶液中由水电离出来的c(H+)之比为
104:1
104:1

(4)对反应N2O4(g)?2NO2(g)△H>0,在温度分别为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示,下列说法正确的是
cd
cd

a.A、C两点的反应速率:A>C
b.A、C两点的化学平衡常数:A>C
c.A、C两点N2O4的转化率:A>C
d.由状态B到状态A,可以用加热的方法.

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科目:高中化学 来源: 题型:

氮是地球上含量丰富的一种元素,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)合成氨反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,平衡
 
移动(填“向左”、“向右”或“不”);使用催化剂
 
反应的△H(填“增大”、“减小”或“不改变”).
(2)在固定体积的密闭容器中,进行反应:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,其化学平衡常数K与t的关系如下表:
t/(K) 298 398 498
K/(mol?L-1-2 4.1×106 K1 K2
则该反应平衡常数K的表达式为
 
,试确定K1的相对大小,K1
 
4.1×106(填写“>”、“=”或“<”).
(3)在25℃下,浓度分别为0.1mol?L-1的氨水与盐酸等体积混合恰好完全反应.
①NH3?H2O的电离常数表达式Kb=
 

②反应后溶液pH<7,原因是
 
(用离子方程式表示);用pH试纸测定该溶液pH的操作方法为
 

③反应后的溶液中各离子浓度由大到小的顺序为
 

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

Ⅰ、铝是地壳中含量最高的金属元素,其单质及其合金在生产生活中的应用十分广泛.
(1)金属铝的生产是以Al2O3为原料,与冰晶石(Na3AlF6)在熔融状态下进行电解,则化学方程式为:
 
.其电极均由石墨材料做成,则电解时不断消耗的电极是
 
(填“阴极”或“阳极”).
(2)对铝制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命.以处理过的铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材
表面形成氧化膜,阳极反应式为
 

(3)铝电池性能优越,Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,化学反应为2Al+3Ag2O+2NaOH+3H2O═2Na[Al(OH)4]+6Ag,则负极的电极反应式为
 
,正极附近溶液的pH
 
(填“变大”、“不
变”或“变小”).
Ⅱ、氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用.精英家教网
(1)图是在一定温度和压强下N2和H2反应生成1molNH3过程中能量变化示意图,请写出合成氨的热化学反应方程式:
 
(△H的数值用含字母a、b的代数式表示).
(2)工业合成氨的反应为
N2(g)+3H2(g)
催化剂
高温高压
2NH3(g).
在一定温度下,将一定量的N2和H2通入到体积为1L的密闭容器中,反应达到平衡后,改变下列条件,能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是
 

A.增大压强       B.增大反应物的浓度       C.使用催化剂      D.降低温度
Ⅲ、铁及其化合物在生活、生产中有广泛应用.请回答下列问题:
(1)黄铁矿(FeS2)是生产硫酸和冶炼钢铁的重要原料.其中一个反应为:
3FeS2+8O2
 高温 
.
 
6SO2+Fe3O4,有3mol FeS2参加反应,转移
 
mol电子;
(2)氯化铁溶液称为化学试剂中的“多面手”,写出SO2通入氯化铁溶液中反应的离子方程式:
 

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