精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
4.汽车尾气的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等,科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO2)催化分解汽车尾气的研究.
(1)已知:2NO(g)+O2(g)═2NO2(g)△H1=-113.0KJ/mol
2SO2(g)+O2(g)═2SO3(1)△H2=-288.4KJ/mol
请判断反应NO2(g)+SO2(g)═NO(g)+SO3(1)△H3,在低温下能否自发进行,并说明理由经计算△H3=(113.0-288.4)×0.5=-87.7KJ/mol<0,且可判断反应的△S<0,故在低温下可自发进行.
(2)已知TiO2催化尾气降解原理为:
2CO(g)+O2(g)?2CO2(g);
2H2O(g)+4NO(g)+O2(g)?4HNO3(g).
Ⅰ.在O2浓度几乎不变的条件下,模拟CO、NO的降解,得到降解率随时间变化如图1所示(A的降解率=$\frac{c(A)初始-c(A)实验结束}{c(A)初始}$),反应40秒后检测气体浓度有所降低,请用化学方程式结合化学反应原理知识解释出现该现象可能的原因40秒后发生反应2NO=N2+O2生成氮气,并且NO浓度降低,则2H2O+4NO+O2?4HNO3平衡逆向移动,造成HNO3浓度降低.

Ⅱ.图2为在不同颗粒间隙的沥青混凝土(α、β型)和不同温度下,实验进行相同一段时间(t秒)后测得的CO降解率变化,回答谢列问题:
①已知50℃、t秒时容器中O2浓度为0.01mol/L,求此温度下CO降解反应的平衡常数$\frac{100{x}^{2}}{(1-x)^{2}}$.
②下列关于图2的叙述不正确的是
A.根据降解率由b点到c点随温度的升高而增大,可知CO降解反应的平衡常数Kb<Kc
B.相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大
C.a点的数据反映出CO与O2之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的
D.d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效
③科研团队以β型沥青混凝土颗粒为载体,将TiO2改为催化效果更好的TiO2纳米管,在10-60℃范围内进行实验,请在图2中用线段与阴影仿照“示例”描绘出CO降解率随温度变化的曲线可能出现的最大区域范围(示例: ).
(3)TiO2纳米管的制备是在弱酸性水溶液中以金属钛为阳极进行电解,写出阳极的电极反应式Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

分析 (1)据△G=△H-T△S来判断,若△G<0则能自发进行;
(2)Ⅰ.据平衡移动来分析;
Ⅱ.①k=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(CO)c({O}_{2})}$进行计算;
②A.平衡常数是温度的函数,温度升高向吸热方向进行,即向逆反应方向进行,k=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(CO)c({O}_{2})}$,故k减小;
B.相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大;
C.a点的数据反映出CO降解率是整个实验过程中最高的;
D.d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效;
③据催化剂能加快化学反应速率,但不影响平衡移动画图;
(3)据阳极失去电子发生氧化反应书写电极反应方程式.

解答 解:(1)①2NO(g)+O2(g)═2NO2(g)△H1=-113.0KJ/mol
②2SO2(g)+O2(g)═2SO3(1)△H2=-288.4KJ/mol,则$\frac{1}{2}×①+\frac{1}{2}×②$得NO2(g)+SO2(g)═NO(g)+SO3(1)△H3═-87.7KJ/mol<0,且可判断反应的△S<0,故在低温下△G=△H-T△S<0能自发进行,
故答案为:经计算△H3=(113.0-288.4)×0.5=-87.7KJ/mol<0,且可判断反应的△S<0,故在低温下可自发进行;
(2)Ⅰ.可能的原因是40秒后发生反应2NO=N2+O2生成氮气,并且NO浓度降低,则2H2O+4NO+O2?4HNO3平衡逆向移动,造成HNO3浓度降低,
故答案为:40秒后发生反应2NO=N2+O2生成氮气,并且NO浓度降低,则2H2O+4NO+O2?4HNO3平衡逆向移动,造成HNO3浓度降低;
Ⅱ.①CO的降解率为x,设起始CO浓度为1mol/L,
                2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)
开始(c)      1                            0
变化              x           $\frac{1}{2}$ x            x                             
平衡             1-x          0.1             x,k=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(CO)c({O}_{2})}$=$\frac{{x}^{2}}{0.{1}^{2}×(1-x)^{2}}$=$\frac{100{x}^{2}}{(1-x)^{2}}$,
故答案为:$\frac{100{x}^{2}}{(1-x)^{2}}$;
②A.平衡常数是温度的函数,温度升高向吸热方向进行,即向逆反应方向进行,k=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(CO)c({O}_{2})}$,故k减小,即Kb>Kc,故A错误;
B.由图得,相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大,故B正确;
C.a点的数据反映出CO降解率是整个实验过程中最高的,故C错误;
D.d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效,故D正确;
故答案为:AC;
③据催化剂能加快化学反应速率,但不影响平衡移动,故图为
故答案为:
(3)阳极失去电子发生氧化反应,故电极反应方程式为Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

故答案为:Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

点评 本题考查利用△G=△H-T△S来判断反应能否自发进行,平衡常数,电极反应方程式的书写等,本题难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.X、Y、Z、W为原子序数递增的4种短周周期元素,其中Y、Z为金属元素.X、Y、Z、W的最高价氧化物对应的水化物甲、乙、丙、丁之间存在如下图所示反应关系(图中“一”相连的两种物质能发生反应).下列判断正确的是(  )
A.X是元素周期表中非金属性最强的元素
B.Z位于元素周期表第3周期IA族
C.4种原子中,Y原子半径最小
D.W的阴离子可能促进水的电离

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.已知A、B、C、D、E是短周期中原子序数依次增大的五种主族元素,其中A是组成有机物的必要元素,元素B的原子最外层电子数是其电子层数的3倍,元素D与A为同族元素,元素C与E形成的化合物CE是厨房常用调味品.下列说法正确的是(  )
A.原子半径:C>D>B>A
B.C与B形成的两种化合物均属于离子化合物,且化学键类型完全相同
C.最简单气态氢化物的稳定性:B>A
D.A、D、E的最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

12.某有机物A的化学式为CxHyOz.已知A的摩尔质量为74g/mol,又知0.2mol该有机物充分燃烧生成标况下的CO2 13.44L.生成水10.8g.
(1)该有机物的分子式为:C3H6O2
(2}若A能与碳酸钠溶液反应有气体放出,且A也能发生酯化反应,则A的结构简式为CH3CH2COOH;名称为丙酸;
(3)若A是易挥发的、且有香味的液体,能水解.则A的结构简式为名称为HCOOCH2CH3,CH3COOCH3,名称为甲酸乙酯,乙酸甲酯.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.某混合物的水溶液中可能含有以下离子中的若干种:Na+、Al3+、Fe3+、Mg2+、Ba2+、NH4+、Cl-、SO42-,现分别取100mL的两份溶液进行如下实验.
①第一份加过量NaOH溶液后加热,收集到0.01mol气体,无沉淀生成,同时得到溶液甲.
②向甲溶液中通入过量CO2,生成白色沉淀,沉淀经过滤、洗涤、灼烧后,得到1.02g固体.
③第二份加足量BaCl2溶液后,生成白色沉淀,过滤后的沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后,得到11.65g固体,向滤液中加入AgNO3溶液又有白色沉淀产生.下列有关叙述正确的是(  )
A.由①可知原溶液存在离子为NH4+,其浓度为0.01mol/L
B.原溶液一定存在Cl-
C.原溶液肯定没有Fe3+、Mg2+,一定含有Na+
D.n(NH4+):n(Al3+):n(SO42-)=1:1:5

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.有一透明溶液已知其中可能含有Mg2+、Cu2+、Fe2+、Al3+、NH4+、K+、OH-、SO42-.当加入一种淡黄色粉末状固体物质时,有刺激性气味的混和气体放出,同时生成白色沉淀.当加入0.4mol淡黄色粉末时,共收集到0.4mol混和气体,且此时生成的沉淀最多.此后继续加入淡黄色粉末时,沉淀量逐渐减少,至加入0.45mol粉末后,沉淀量
由0.25mol减少至0.15mol,再加入粉末后,沉淀就不再减少.由此实验现象及数据判断:
(1)溶液中肯定有Mg2+、Al3+、NH4+、SO42-离子,肯定没有Cu2+、Fe2+、OH-离子,可能有K+离子.
(2)写出下列反应的化学方程式.淡黄粉末与水反应2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑.
(3)溶液中阳离子的物质的量之比为(H+及没有确定的离子除外)n(Mg2+):n(Al3+):n(NH4+)=3:2:4.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

16.化学式为C8H10O的化合物A具有如下性质:
①A和Na 能慢慢产生气泡
②A和RCOOH在浓硫酸和加热条件下能生成有香味的产物
③A能被酸性高锰酸钾溶液氧化成苯甲酸
④经催化氧化得到     (R、R′为烃基)结构的分子
⑤脱水反应的产物,经聚合反应可制得一种塑料品(它是目前造成“白色污染”的主要污染源之一)
试回答:
(1)根据上述信息,对该化合物的结构可做出的判断是BC;(填编号)
A.苯环上直接连有羟基   B.苯环侧链末端有甲基
C.肯定有醇羟基  D.肯定是芳香烃
(2)化合物A的结构简式
(3)A和金属钠反应的化学方程式
(4)A发生④的化学方程式
(5)A发生⑤脱水反应的化学方程式.脱水后的产物,发生聚合反应的化学方程式

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.如图是NaCl晶体的一个晶胞结构棋型,KO2的晶体结构与NaCl的相似,KO2可以看做是Na+的位置被K+代替,Cl-的位置被O2-代替代替.则下列关于KO2晶体结构的叙述中正确的是(  )
A.与K+距离相等且最近的O2-有8个
B.与K+距离相等且最近的O2-构成的多面体是六面体
C.一个KO2晶胞中的K+和O2-的粒子数都是4个
D.与K+距离相等且最近的K+有8个

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下列能够构成原电池的是(  )
A.
稀硫酸
B.
稀盐酸
C.
酒精
D.
硫酸铜

查看答案和解析>>

同步练习册答案