【題目】Ⅰ.利用甲烷催化還原NOx消除氮氧化物的污染
①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1 160kJ·mol-1
③CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-867kJ·mol-1
(1)如果三個反應的平衡常數(shù)依次為K1、K2、K3,則K3=___(用K1、K2表示)。
(2)在2L恒容密閉容器中充入1molCH4和2molNO2進行反應③,CH4的平衡轉化率α(CH4)與溫度和壓強的關系如圖所示。
①若容器中的壓強為p2,y點:v正____(填“大于”“等于”或“小于”)v逆。
②x點對應溫度下反應的平衡常數(shù)K=___。
Ⅱ.甲烷蒸氣轉化法制H2的主要反應為:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
(3)在恒容密閉容器中充入2 mol CH4和H2O(g)的混合氣體,且CH4和H2O(g)的物質的量之比為x,相同溫度下達到平衡時測得H2的體積分數(shù)φ(H2)與x的關系如圖所示。
則CH4的轉化率:a點____(填“>”“=”或“<”,下同)b點,CH4(g)的濃度:a點_____b點,氫氣的產(chǎn)率:a點____b點。
Ⅲ.(4)根據(jù)以下三個熱化學方程式:2H2S(g)+3O2(g)=SO2(g) +2H2O(l) ΔH=-Q1kJ·mol-1,2H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(l) ΔH=-Q2kJ·mol-1,2H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(g) ΔH=-Q3kJ·mol-1,判斷Q1、Q2、Q3的大小關系是___。
【答案】 大于 0.25 > = = Q1>Q2>Q3
【解析】
(1)依據(jù)已知的熱化學方程式利用蓋斯定律構造CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),然后根據(jù)關系式得到平衡常數(shù)的關系;
(2)①y趨向平衡時,甲烷的轉化率應增大;
②x點甲烷的轉化率為50%,以此計算平衡時各物質的濃度,可計算平衡常數(shù);
(3)兩種反應物存在,增加其中一種反應物的量,能使另一種反應物的轉化率提高,根據(jù)反應方程式分析a、b兩點CH4和H2O的濃度關系和氫氣的產(chǎn)率大。
(4)依據(jù)焓變的含義和反應物質的聚集狀態(tài)變化,反應的進行程度進行分析判斷,結合蓋斯定律的內容分析物質轉化的能量變化。
(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJmol-1;由蓋斯定律×(①+②)得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),已知三個反應的平衡常數(shù)依次為K1、K2、K3,則K3==;
(2)①y趨向平衡時,甲烷的轉化率應增大,即反應正向進行,v正大于v逆;
②在恒容(2L) 密閉容器中充入1molCH4和2moINO2進行(1)中反應,x點甲烷的轉化率為50%,
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始(mol/L) 0.5 1 0 0 0
轉化(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5
平衡(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5
則K===0.25;
(3)兩種反應物存在,增加其中一種反應物的量,能使另一種反應物的轉化率提高,a點H2O的含量相對較大,所以a點CH4的轉化率更高;根據(jù)反應方程式分析,CH4和H2O是按照1:1反應的,a點CH4和H2O的物質的量之比為9:11,b點CH4和H2O的物質的量之比為11:9,所以二者平衡時a點CH4的濃度等于b點H2O(g)的濃度;由于二者CH4和H2O按物質的量1:1反應,所以交換二者的起始充入量之比不改變化學平衡,即達到平衡時氫氣的產(chǎn)率a點等于b點;
(4)①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(1)△H=-Q1KJ/mol,②2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(1)△H=-Q2KJ/mol,③2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(g)△H=-Q3KJ/mol;反應②③相比,生成氣態(tài)水和生成液態(tài)水相比,生成液態(tài)水放出的熱量多,所以Q2>Q3;反應①②相比,②反應生成的單質硫轉化為二氧化硫時放出熱量,所以Ql>Q2;綜上所述Q1、Q2、Q3三者大小關系為:Ql>Q2>Q3。
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【題目】I. CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此,控制和治理CO2是解決溫室效應的有效途徑。
已知反應Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常數(shù)為K1;
反應Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常數(shù)為K2。
在不同溫度時K1、K2的值如下表:
溫度 | K1 | K2 |
973K | 1.47 | 2.38 |
1173K | 2.15 | 1.67 |
(1)推導反應CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常數(shù)K與K1、K2的關系式:_________,判斷該反應是_____________反應(填“吸熱”或“放熱”)。
II. T1溫度下,體積為2L的恒容密閉容器,加入4.00molX,2.00molY,發(fā)生化學反應 2X(g)+Y(g) 3M(g)+N(s) △H<0。
部分實驗數(shù)據(jù)如下:
t/s | 0 | 500 | 1000 | 1500 |
n(X)/mol | 4.00 | 2.80 | 2.00 | 2.00 |
(2)當反應達到平衡后,其他條件不變,分離出部分M,則新平衡時,正反應速率相對于原平衡____________(填“增大”、“減小”、或“不變”)。
(3)該反應達到平衡時某物理量隨溫度變化如下圖所示?v坐標可以表示的物理量有哪些____。
a.Y的逆反應速率
b.M的體積分數(shù)
c.混合氣體的密度
d.X的轉化率
(4)反應達到平衡后,若再加入3.00molM,3.00molN,下列說法正確的是_____________。
A.重新達平衡后,用X表示的υ(正)比原平衡大
B.重新達平衡后,M的體積分數(shù)小于50%
C.重新達平衡后,M的物質的量濃度是原平衡的1.5倍
D.重新達平衡后,Y的平均反應速率與原平衡相等
(5)若容器為絕熱恒容容器,起始時加入4.00molX,2.00molY,則達平衡后M的物質的量濃度____________1.5mol/L(填“大于”、“小于”或“等于”)。
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【題目】下面是某化學研究小組探究外界條件對化學反應速率和化學平衡影響的圖像,其中圖像和實驗結論表達均正確的是( )
A. ①是其他條件一定時,反應速率隨溫度變化的圖像,正反應ΔH<0
B. ②是在平衡體系的溶液中溶入少量KCl晶體后化學反應速率隨時間變化的圖像
C. ③是在有無催化劑存在下建立的平衡過程圖像,a是使用催化劑時的曲線
D. ④是一定條件下,向含有一定量A的容器中逐漸加入B時的圖像,壓強p1>p2
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【題目】一定溫度下反應:A2(g)+3 B2(g)2 AB3(g) (每生成2 mol AB3放出92.4 kJ的熱量),在恒溫恒壓的密閉容器中進行如下實驗:①通入1 mol A2和3 mol B2,達平衡時放出熱量為Q1,②通入2 mol A2和6 mol B2,達平衡時放出熱量為Q2,則下列關系正確的是
A.Q2 = 2 Q1 B.2Q1 < Q2
C.Q1 < Q2 < 92.4 kJ D.Q1 = Q2 < 92.4 kJ
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【題目】完成下列問題:
(1)10Be和9Be______________。
a.是同一種原子 b.具有相同的中子數(shù)
c.具有相同的化學性質 d.具有相同的核外電子排布
(2)有下列微粒或物質:
①O、O、O ②H2O、D2O、凼⒔饎偸 ④H2、D2、T2、H、D、T ⑥K、Ca、Ar,回答下列問題:
a.互為同位素的是______________;
b.互為同素異形體的是______________;
c.由①和⑤中的微粒能結合成水,可得水分子的種數(shù)為__________種;可得相對分子質量不同的水分子種數(shù)為__________種,相對分子質量最大的是____________(寫化學式)。
(3)H2O的摩爾質量為____________,相同質量的H2O與H2O所含質子數(shù)之比為______,中子數(shù)之比為__________。
(4)電解相同質量的H2O和H2O時產(chǎn)生的氫氣在同溫同壓下體積之比為__________,質量之比為__________。
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【題目】某研究小組利用如圖裝置探究溫度對一氧化碳還原氧化鐵的影響。
(1)MgCO3的分解產(chǎn)物為____________。
(2)裝置C的作用是______________,處理尾氣的方法為______________________。
(3)將研究小組分為兩組,按如圖裝置進行對比實驗,甲組用酒精燈、乙組用酒類噴燈對裝置D加熱,反應產(chǎn)物均為黑色粉末(純凈物)。兩組分別用產(chǎn)物進行以下實驗。已知Fe2+與K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液反應生成帶有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀。
①乙組得到的黑色粉末是______________。
②甲組步驟1中反應的離子方程式為______________。
③乙組步驟4中,溶液變紅的原因為______________________;溶液褪色可能的原因及其驗證方法為________________________。
④從實驗安全考慮,題圖裝置還可采取的改進措施是__________________________________。
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【題目】分析下列氧化還原反應,指出氧化劑和還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。
(1)CuO+COCu+CO2
氧化劑:__,還原劑:__,氧化產(chǎn)物:__,還原產(chǎn)物:__。
(2)2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑
氧化劑:__,還原劑:__,氧化產(chǎn)物:__,還原產(chǎn)物:__。
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【題目】有機物M是有機合成的重要中間體,制備M的一種合成路線如下(部分反應條件和試劑略去):
已知:①A的密度是相同條件下H2密度的38倍;其分子的核磁共振氫譜中有3組峰;
②(-NH2容易被氧化);
③R-CH2COOH
請回答下列問題:
(1)B的化學名稱為______。A中官能團的電子式為______。
(2)CD的反應類型是______,I的結構簡式為______。
(3)FG的化學方程式為______。
(4)M不可能發(fā)生的反應為______(填選項字母)。
a.加成反應 b.氧化反應 c.取代反應 d.消去反應
(5)請寫出任意兩種滿足下列條件的E的同分異構體有______。
①能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應 ②能與NaHCO3反應 ③含有-NH2
(6)參照上述合成路線,以為原料(無機試劑任選),設計制備的合成路線:______。
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【題目】工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等氣體,嚴重污染空氣。對廢氣進行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。
I. 脫硝:
已知:H2的燃燒熱為285.8kJ·mol1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol1
H2O(g)=H2O(l) ΔH=44kJ·mol1
催化劑存在下,H2還原NO2生成水蒸氣和其他無毒物質的熱化學方程式為:______。
II. 脫碳:
(1)向2L密閉容器中加入2mol CO2和6mol H2,在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟拢l(fā)生反應:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)
① 該反應自發(fā)進行的條件是_____(填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”)
② 下列敘述能說明此反應達到平衡狀態(tài)的是_____。(填字母)
a. 混合氣體的平均式量保持不變 b. CO2和H2的體積分數(shù)保持不變 c. CO2和H2的轉化率相等
d. 混合氣體的密度保持不變 e. 1 mol CO2生成的同時有3 mol HH鍵斷裂
(2) 改變溫度,使反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0中的所有物質都為氣態(tài)。起始溫度、體積相同(T1℃、2L密閉容器)。反應過程中部分數(shù)據(jù)見表:
反應時間 | CO2(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) | H2O(mol) | |
反應I:恒溫恒容 | 0min | 2 | 6 | 0 | 0 |
10min | 4.5 | ||||
20min | 1 | ||||
30min | 1 | ||||
反應II:絕熱恒容 | 0min | 0 | 0 | 2 | 2 |
①達到平衡時,反應I、II對比:平衡常數(shù)K(I)___K(II)(填“>”“<”或“=”下同);平衡時CH3OH的濃度c(I)___c(II)。
②對反應I,前10min內的平均反應速率v(CH3OH)=_____。在其他條件不變的情況下,若30 min時只改變溫度T2℃,此時H2的物質的量為3.2 mol,則T1____T2(填“>”、“<”或“=”)。若30 min時只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),則平衡_____移動(填“正向”、“逆向”或“不”)。
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