题目
题型:不详难度:来源:
(1)压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2和N2。
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= 。(用△H1和△H2表示)
(2)在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生化学反应③,在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率见下表:
投料比[n(NO2) / n(CH4)] | 400 K | 500 K | 600 K |
1 | 60% | 43% | 28% |
2 | 45% | 33% | 20% |
①写出该反应平衡常数的表达式K= 。
②若温度不变,提高[n(NO2) / n(CH4)]投料比,则K将 。(填“增大”、“减小”或“不变”。)
③400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数 。
(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪的工作原理示意图如图1
图1 图2
①NiO电极上NO发生的电极反应式: 。
②收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V(NO)︰V(NO2)=
(4)在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4,然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下,同时分别发生②③两个反应:并在t秒时测定其中NOx转化率,绘得图象如图2所示:
①从图中可以得出的结论是
结论一:相同温度下NO转化效率比NO2的低
结论二:在250℃-450℃时,NOx转化率随温度升高而增大,450℃-600℃时NOx转化率随温度升高而减小
结论二的原因是
②在上述NO2和CH4反应中,提高NO2转化率的措施有_________。(填编号)
A.改用高效催化剂 B.降低温度 C.分离出H2O(g) D.增大压强
E.增加原催化剂的表面积 F.减小投料比[n(NO2) / n(CH4)]
答案
(2)① (1分) 不变 (2分)
② 17.4% (2分)
(3)① NO+ O2 --2e- = NO2 (2分)
② 1 : 1 (2分)
(4)① 原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行。 (1分)
450℃-600℃时,反应已达平衡,所以,温度升高平衡逆向移动,NOx转化率随温度升高而减小。(其他合理答案也给分) (1分)
② BCF (2分)
解析
试题分析:(1)即为目标方程式③,所以,
(2)① 该反应的平衡常数的表达式
② 平衡常数K不受浓度和压强的影响,只受温度的影响,温度不变K不变。
③ 400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数为:
CH4(g) + 2NO2(g) N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)
n始 0.02 0.02 0 0 0
n转 0.006 0.02×0.6=0.012 0.006 0.006 0.012
n平 0.014 0.008 0.006 0.006 0.012
0.014 + 0.008 + 0.006 + 0.006 + 0.012 = 0.046
平衡时NO2的体积分数=
(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪实际上就是应用原电池原理,从图1可知Pt电极(通入O2的一极)为电池的正极,NiO电极(通入NO的一极)为电池的负极,O2 –可以通过固体电解质移向负极。所以,
① NiO电极上NO发生的电极反应式:NO+ O2 --2e- = NO2。
②1×104L(标准状况下)尾气中含NOx的体积为:1×104L×1.12% = 112L,
NOx的物质的量为:。
设NO和NO2的物质的量分别为x、y mol,根据反应化学方程式①和②:
① CH4(g) + 4NO2(g)4NO(g) + CO2(g)+2H2O(g)
16g 4 4
m 1 y y m 1 = 4y
② CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)
16g 4
m 2 (x+y) m 2 = 4(x+y)
则: x+y = 5;4(x+y)+ 4y = 30
解得:x ="2.5" mol =" 2.5" mol
所以,尾气中V(NO)︰V(NO2) =" 1" ︰ 1 。
(4)①从图2 变化曲线分析,结论二的原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行;故NOx转化率随温度升高而增大;在在450℃-600℃时反应已达到平衡状态,因为该反应是放热反应,此时温度升高平衡逆向移动,故 NOx转化率随温度升高而减小。
② 由上述NO2和CH4反应的化学方程式的特点分析可知: 该反应是放热反应;该反应是扩大气体体积的反应。所以要提高NO2转化率,可降低温度,降低温度能使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;分离出H2O,相当于减小生成物的浓度,使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;减小投料比[n(NO2) / n(CH4)],相当于增加反应物CH4的浓度,使平衡正向移动,从而增大NO2转化率。而使用催化剂只能改变反应速率,不影响平衡移动,故NO2转化率不会变化。增大压强,平衡逆移,NO2转化率会减小。因此选B C F。
核心考点
试题【汽车尾气中的NOx是大气污染物之一,科学家们在尝试用更科学的方法将NOx转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。(1)压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化】;主要考察你对焓变、反应热等知识点的理解。[详细]
举一反三
(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO2CO2(g)+N2(g)
①对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(CB)也可以表示平衡常数(记作KP),则该反应的KP=- 。
②该反应在低温下能自发进行,该反应的ΔH 0。(选填“>”、“<”)
③在某一绝热、恒容的密闭容器中充入一定量的NO、CO发生上述反应,测得正反应的速率随时间变化的曲线如图所示(已知:t2 --tl=t3-t2)。
则下列说法不正确的是 。(填编号)
A.反应在c点未达到平衡状态
B.反应速率a点小于b点
C.反应物浓度a点大于b点
D.NO的转化率:tl~t2>t2~t3
(2)煤的综合利用、使用清洁能源等有利于减少环境污染。合成氨工业原料气的来源之一水煤气法,在催化剂存在条件下有下列反应:
①
②
③
①△H3和△H1、△H2的关系为△H3= 。
②在恒温条件下,将l mol CO和1 mol H2O(g)充入某固定容积的反应容器,达到平衡时有50%的CO转化为CO2。在tl时保持温度不变,再充入1 mol H2O(g),请在图中画出tl时刻后H2的体积分数变化趋势曲线。
③甲醇汽油可’以减少汽车尾气对环境的污染。
某化工厂用水煤气为原料合成甲醇,恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)到达平衡时,测得CO、H2、CH3OH分别为1 mol、1 mol、1 mol,容器的体积为3L,现往容器中继续通人3 mol CO,此时v(正) v(逆)(选填‘‘>”、“<’’或“=”),判断的理由 。
(1)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下二组数据:
实验组 | 温度℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
CO | H2O | H2 | CO | |||
1 | 650 | 4 | 2 | 1.6 | 2.4 | 6 |
2 | 900 | 2 | 1 | 0.4 | 1.6 | 3 |
①实验1中以v (CO2)表示的反应速率为 (保留两位小数,下同)。
②该反应为 (填“吸”或“放”)热反应,实验2条件下平衡常数K= 。
(2)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l)+ 3O2(g)= 2CO2(g)+ 4H2O(g) ΔH = -1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g)= 2CO2(g) ΔH = -566.0 kJ/mol
③ H2O(g)= H2O(l) ΔH = -44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式: 。
II.(1)海水中锂元素储量非常丰富,从海水中提取锂的研究极具潜力。锂是制造化学电源的重要原料。如LiFePO4电池某电极的工作原理如下图所示:
该电池的电解质为能传导Li+的固体材料。放电时该电极是电池的 极(填“正”或“负”),该电极反应式为 。
(2)用此电池电解含有0.1 mol/L CuSO4和0.1 mol/L NaCl的混合溶液100 mL,假如电路中转移了0.02 mole-,且电解池的电极均为惰性电极,阳极产生的气体在标准状况下的体积是 L,将电解后的溶液加水稀释至1L,此时溶液的pH= 。
2Hg(l)+O2(g)2HgO(s)ΔH=-181.6 kJ·mol-1
则反应Zn(s)+HgO(s)=ZnO(s)+Hg(l)的ΔH为( )
A.+519.4 kJ·mol-1 | B.+259.7 kJ·mol-1 |
C.-259.7 kJ·mol-1 | D.-519.4 kJ·mol-1 |
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-574 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-1 160 kJ·mol-1
若用标准状况下4.48 L CH4还原NO2至N2,整个过程中转移电子总数为______(阿伏加德罗常数的值用NA表示),放出的热量为______kJ。
已知合成氨反应是一个反应物不能完全转化为生成物的反应,在某一定条件下,N2的转化率仅为10%,要想通过该反应得到92.2 kJ的热量,至少在反应混合物中要投放N2的物质的量为________ mol。
(2)肼(N2H4)-空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。肼-空气燃料电池放电时:
正极的电极反应式:__________________________,
负极的电极反应式:__________________________。
(3)如图是一个电解过程示意图。
①锌片上发生的电极反应式是:_______________________
②假设使用肼-空气燃料电池作为该过程中的电源,铜片质量变化为128 g,则肼-空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气________L(假设空气中氧气体积分数为20%)。
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