氮及其化合物與人類(lèi)各方面有著密切的聯(lián)系。Ⅰ現(xiàn)有一支15mL的試管,充滿(mǎn)NO倒置于水槽中,向試管中緩緩?fù)ㄈ胍欢垦鯕猓?dāng)試管內(nèi)液面穩(wěn)定時(shí),剩余氣體3mL。則通入氧氣的體積可能為                 mL。

Ⅱ目前,消除氮氧化物污染有多種方法。

(1)用CH4催化還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=-574kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)= 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ/mol

③H2O(g)= H2O(l)                      △H=-44kJ/mol

寫(xiě)出CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g) 、CO2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式                              

(2)用活性炭還原法處理氮氧化物,有關(guān)反應(yīng)為:

某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO,恒溫(T0C)條件下反應(yīng),反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下:

①不能作為判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_______ ;(選填字母代號(hào))

A.容器內(nèi)CO2的濃度保持不變

B.v(N2)=2 v(NO)

C.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

D.混合氣體的密度保持不變

E.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

②前20分鐘,平均反應(yīng)速率v(NO)=                       。v(NO)=(0.1- 0.04)/ 20 = 0.003mol·L-1· min-1

③在T0C時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)______(保留兩位小數(shù));

④在30 min,改變某一條件反應(yīng)重新達(dá)到平衡,則改變的條件是_______                      

(3)科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將超音速飛機(jī)尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2,其反應(yīng)為:

研究表明:在使用等質(zhì)量催化劑時(shí),增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑的比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律,某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn),部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下表中。

實(shí)驗(yàn)編號(hào)

T(0C)

NO初始濃度

(mol/L)

CO初始濃度

(mol/L)

催化劑的比

表面積(m2/g)

280

1.20×10-3

5.80×10-3

82

a

b

c

124

350

d

e

124

 

上表中:a=_______,b=________,e=________ 。

 

【答案】

 

Ⅰ:9ml或14.25ml

Ⅱ:(1) CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)  △H=-955 kJ/mol

(2)①BC ②0.003mol·L-1· min-1  ③0.56  ④減小CO2 的濃度

(3)a=280℃  b= 1.20×10-3  e=5.80×10-3

【解析】

試題分析:(Ⅰ)往充滿(mǎn)NO的試管中充入氧氣并倒扣在水槽,發(fā)生的反應(yīng)是4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3,最終剩余的氣體可能是NO或O2;所以設(shè)氧氣體積總共為X,

  則①剩余氧氣3ml時(shí),4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3      ②剩余NO 3ml時(shí),4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3 

                       4:   3                           4  :3              

                      15ml    X                                    15ml   X

              X=15×3/4 + 3 =14.25ml                          X=(15-3)×3/4  =9ml

(Ⅱ) (1) 據(jù)已知方程式可知目標(biāo)方程式可以由方程式(①+②+③×4)÷2 得

CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),而△H=(△H1+△H2+4×△H3)÷2= -955 kJ/mol

(2)在反應(yīng)C(s)+2NO(g)= N2(g)+CO2(g)中,要判斷是否達(dá)到平衡,要找變量,變量不變則達(dá)到平衡。容器內(nèi)CO2的濃度是變量,保持不變時(shí)說(shuō)明達(dá)到平衡,A正確;v(N2)=2 v(NO)表示的都是正反應(yīng)的速率關(guān)系,不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,所以不能判斷平衡,B錯(cuò)誤;反應(yīng)方程式的前后系數(shù)相等,所以容器內(nèi)壓強(qiáng)隨著反應(yīng)保持不變,所以不能判斷平衡,C錯(cuò)誤;密閉容器是恒容,容器內(nèi)總質(zhì)量不變,但由于有固體參加,混合氣體的質(zhì)量是個(gè)變量,據(jù)ρ=m/V知,當(dāng)氣體質(zhì)量不變時(shí),混合氣體的密度保持不變,此時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡,D正確;  同樣混合氣體的質(zhì)量是個(gè)變量,據(jù)M=m/n 知,M也是個(gè)變量,當(dāng)M保持不變時(shí)達(dá)到平衡,E正確。故選BC。

(3)v(NO)=(0.1- 0.04)mol·L-1/ 20min = 0.003mol·L-1· min-1

據(jù)表格數(shù)據(jù)可知,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到20min時(shí),各物質(zhì)濃度不再變化反應(yīng)達(dá)到第一次平衡,平衡常數(shù)

K=C(N2)·C(CO2)/ C2(NO)=0.032/0.042 =0.56 ;反應(yīng)在40min時(shí),各物質(zhì)濃度發(fā)生變化,且C(CO2)濃度減小最多,平衡往正反應(yīng)方向移動(dòng),所以改變的條件是減小CO2 的濃度。

(4)實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的是溫度、催化劑的比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律,所以對(duì)比試驗(yàn)要控制變量,所以a=280℃  b= 1.20×10-3  e=5.80×10-3

考點(diǎn):本題考查的是氮氧化物的計(jì)算、反應(yīng)與能量計(jì)算、反應(yīng)速率和平衡和常數(shù)的計(jì)算以及影響因素,考查的計(jì)算各種各樣,綜合能力強(qiáng)。

 

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