a>b,D项正确。
3.(2019·东北育才学校科学高中部高考模拟)二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。
Ⅰ.从热力学角度研究反应
(1)C(s)+O2(g)
CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1
CO2(g)+C(s)
2CO(g)ΔH2=+172.5kJ·mol-1
S(s)+O2(g)
SO2(g)ΔH3=-296.0kJ·mol-1
写出CO还原SO2的热化学方程式:
_________________。
(2)关于CO还原SO2的反应,下列说法正确的是______。
A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态
B.平衡状态时,2v正(CO)=v逆(SO2)
C.其他条件不变,增大SO2的浓度,CO的平衡转化率增大
D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N2,SO2的平衡转化率不变
Ⅱ.NOx的排放主要来自于汽车尾气,包含NO2和NO,有人提出用活性炭对NOx进行吸附,发生反应如下:
反应a:
C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g)ΔH=-34.0kJ/mol
反应b:
2C(s)+2NO2(g)
N2(g)+2CO2(g)ΔH=-64.2kJ/mol
(3)对于反应a,在T1℃时,借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下:
时间(min)
浓度(mol·L-1)
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=___________,当升高反应温度,该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡;根据上表中的数据判断改变的条件可能是___________(填字母)。
A.加入一定量的活性炭B.通入一定量的NO
C.适当缩小容器的体积D.加入合适的催化剂
(4)①某实验室模拟反应b,在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体,维持温度为T2℃,如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。
请从动力学角度分析,1050kPa前,反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________;在1100kPa时,NO2的体积分数为___________。
②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp);在T2℃、1.1×106Pa时,该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示);已知:
气体分压(P分)=气体总压(P总)×体积分数。
【答案】
(1)2CO(g)+SO2(g)
2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1
(2)AC
(3)①0.042mol/(L·min)减小②BC
(4)1050kPa前反应未达平衡状态,随着压强增大,反应速率加快,NO2转化率提高50%
②
或
【详解】
(1)CO与SO2的反应方程式为2CO+SO2=2CO2+S,①C(s)+O2(g)=CO2(g),②CO2(g)+C(s)=2CO(g),③S(s)+O2(g)=SO2(g),因此有①-②-③得出2CO(g)+SO2(g)=2CO2(g)+S(s)△H=-270.0kJ·mol-1;
(2)A、根据反应方程式,硫为固体,其余为气体,反应前后气体分子数之和不相等,因此当压强不再改变,说明反应达到平衡,故A正确;
B、不同物质的速率表示达到平衡,要求反应的方向一正一逆,且反应速率之比等于系数之比,即v正(CO)=2v逆(SO2),故B错误;
C、其他条件不变,增大SO2的浓度,增加反应物的浓度,平衡向正反应反应移动,CO的转化率增大,故C正确;
D、恒温恒压下,通入非反应气体,容器的体积增大,物质的量浓度降低,平衡向逆反应方向进行,SO2的转化率的降低,故D错误;答案为AC;
(3)①根据反应速率数学表达式,v(NO)=(1.00-0.58)mol/L÷10min=0.042mol/(L·min);反应a和b都是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,化学平衡常数只受温度的影响,即升高温度,平衡常数K减小;
②A、活性炭为固体,加入活性炭,不影响化学平衡,故A不符合题意;
B、通入一定量的NO,NO浓度增大,平衡向正反应方向移动,N2浓度增大,故B符合题意;
C、适当缩小容器的体积,所有气体的浓度均增大,故C符合题意;
D、加入合适的催化剂,不影响化学平衡,故D不符合题意;答案为BC;
(4)①根据示意图,1050kPa前,反应未达到平衡,随着压强增大,反应速率增大,NO2的转化率加快;假设通入1molNO2,2C(s)+2NO2(g)
N2(g)+2CO2(g)
起始:
100
变化:
0.40.20.4
平衡:
0.60.20.41100kPa时,NO2的体积分数为0.6mol/(0.6+0.2+0.4)mol×100%=50%;
②NO2的体积分数为1/2,N2的体积分数为0.2mol/(0.6+0.2+0.4)mol=1/6,CO2的体积分数为1/3,Kp=
=
或
。
4.(2019·山东省德州市高考联考模拟)用化学反应原理研究N、S元素的化合物有着重要的意义。
(1)已知:
一定温度下
△Hl=-196.6kJ·mol-1
△H2=-113.8kJ·mol-1
写出NO2(g)和SO2(g)反应生成SO3(g)和NO(g)的热化学方程式_______________________
(2)一定温度下,分别向A、B容器中充入5molNO和2.5molO2,A保持恒容,B保持恒压。
发生反应
[不考虑
],起始时A、B的体积均为2L。
①下列能说明A、B容器均达到平衡状态的是__________。
a.A、B容器的压强均不发生变化
b.A、B容器中气体
颜色均不发生变化
c.A、B容器中气体的密度不再发生变化
d.A、B容器中气体的平均摩尔质量不再发生变化
②T℃时,A、B容器均达到平衡状态时,A中O2的浓度为0.5mol·L-1,则NO的转化率为__________,B中反应的平衡常数KB=____________________。
(3)将一定量的SO2和O2通入A容器中,测得SO2的浓度随时间变化如图实线所示。
①ab、bc、cd三段平均反应速率最大的是________;de段平均反应速率为_________。
②仅改变某一个条件,测得SO2的浓度随时间变化如图中虚线所示,则改变的条件是___________________________________________________________________________。
③图装置可将雾霾中的NO、SO2转化为(NH4)2SO4,则阴极的电极反应为__________。
【答案】
(1)NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g)△H=-41.4kJ•mol-1
(2)①bd②60%4.5
(3)①ab0②加入催化剂③NO+6H++5e-=NH4++H2O
【解析】
(1)①2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)△Hl=-196.6kJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)△H2=-113.8kJ·mol-1
根据盖斯定律①-②得:
NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g)△H=-41.4kJ•mol-1;
答案:
NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g)△H=-41.4kJ•mol-1
(2)①变量不再发生变化,证明达到了平衡;注意A保持恒容,B保持恒压;
a.B容器的压强是定值,不是变量,故不选a;
b.A、B容器中气体的颜色均不发生变化,说明NO2的浓度不在发生变化,故选b;
c.A容器中气体的密度是定值,不是变量,故不选c;
d.因为M=m/n,m是定值,n是变量,所以平均摩尔质量是变量,故选d;
②列A容器中反应的三行式:
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
c(初)2.51.250
△c1.50.751.5
c(末)10.51.5
则NO的转化率:
=60%k=
=4.5因为A、B容器温度相同,所以平衡常数相等;
(3)①因为单位时间内变化越大反应速率越快,所以ab段平均反应速率最大;de段已达平衡,故平均反应速率为0;
②对于反应前后物质的量发生变化的反应来说,只是加快反应速率,并未影响平衡,应该是加入催化剂;
③阴极发生的应该是化合价降低,得电子的反应,因此NO生成NH4+,三步法配平①根据化合价变化,标明转移电子数NO+5e-=NH4+②根据左右两边电荷守恒确定氢离子的位置和系数NO+6H++5e-=NH4+③根据原子守恒确定水分子的位置和系数NO+6H++5e-=NH4++H2O;因此电极反应式为NO+6H++5e-=NH4++H2O;
5.(2019·北京市朝阳区高考联考模拟)以海绵铜(CuO、Cu)为原料制备氯化亚铜(CuCl)的一种工艺流程如下。
(1)“溶解”过程:
生成CuSO4的反应方程式:
CuO+H2SO4===CuSO4+H2O、________。
(2)“吸收”过程:
①2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)∆H=-112.6kJ·mol-1
提高NO平衡转化率的方法是________(写出两种)。
②吸收NO2的有关反应如下:
反应Ⅰ:
2NO2(g)+H2O(l)===HNO3(aq)+HNO2(aq)∆H=-116.1kJ·mol-1
反应Ⅱ:
3HNO2(aq)===HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l)∆H=-75.9kJ·mol-1
用水吸收NO2生成HNO3和NO的热化学方程式是________。
(3)“电解”过程:
HNO2为弱酸。
通过电解使HNO3得以再生,阳极的电极反应式是________。
(4)“沉淀”过程:
①产生CuCl的离子方程式是_________。
②加入适量Na2CO3,能使沉淀反应更完全,原因是_________。
(5)测定CuCl含量:
称取氯化亚铜样品mg,用过量的FeCl3溶液溶解,充分反应后加入适量稀硫酸,用xmol·L-1的K2Cr2O7溶液滴定到终点,消耗K2Cr2O7溶液ymL。
滴定时发生的离子反应:
Cr2O72-+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O样品中CuCl(M=99.5g·mol-1)的质量分数为________。
【答案】
(1)
(2)①降低温度、增大压强、提高
等②3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(aq)+NO(g)△H=-212.1kJ·mol-1
(3)
(4)①
②
消耗
,使
减小,有利于生成CuCl的反应正向进行
(5)
【分析】海绵铜(CuO、Cu)中CuO与稀硫酸反应转化为硫酸铜,因硝酸在酸性条件下具有氧化性,会将Cu氧化为铜离子,最终生成硫酸铜,二氧化硫具有还原性,再讲铜离子还原为氯化亚铜;NO合理利用经过氧化与电解过程得到硝酸,据此分析作答。
【详解】
(1)“溶解”过程除了氧化铜溶于稀硫酸过程,Cu在酸性条件下与硝酸会发生氧化还原反应,其化学方程式为:
,故答案为:
;
(2)①2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)∆H=-112.6kJ·mol-1,该反应正向是气体体积分数减小的放热反应,则提高NO平衡转化率的方法可以为:
降低温度、增大压强、提高
等(任写两种即可);
②根据盖斯定律可知,
(反应Ⅰ×3+反应Ⅱ)得到用水吸收NO2生成HNO3和NO的热化学方程式为:
3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(aq)+NO(g)△H=-
[-116.1kJ·mol-1×3+(-75.9kJ·mol-1)]=-212.1kJ·mol-1,故答案为:
3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(aq)+NO(g)△H=-212.1kJ·mol-1;
(3)电解过程中,阳极HNO2发生失电子的氧化反应生成硝酸,其电极反应式为
;
(4)①铜离子与二氧化硫发生氧化还原反应生成氯化亚铜,其离子方程式为:
;
②生成氯化亚铜沉淀的方程式为:
,反应中有硫酸生成,加入适量Na2CO3,其中
消耗
,使
减小,有利于生成CuCl的反应正向进行;
(5)氯化亚铜与氯化铁发生反应:
Fe3++CuCl=Fe2++Cu2++Cl-,加入K2Cr2O7溶液,发生反应:
6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O,反应的关系式为
6CuCl~6Fe2+~Cr2O72-
61
nxy×10-3mol
n=6xy×10-3mol
m(CuCl)=99
5g/mol×6xy×10-3mol=0.597xyg
则样品中CuCl的质量分数为
。
6.(2019·黑龙江省大庆一中高考模拟)十九大报告指出:
“坚持全民共治、源头防治,持续实施大气污染防治行动,打赢蓝天保卫战!
”以NOx为主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。
Ⅰ.汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生如下反应:
反应①2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)ΔH1。
(1)已知:
反应②N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)ΔH2=+180.5kJ·mol-1,CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1,则ΔH1=____。
(2)在密闭容器中充入5molCO和4molNO,发生上述反应①,图1为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
①温度:
T1____T2(填“<”或“>”)。
②若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的____点。
(3)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。
将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中NO含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图2所示。
若低于200℃,图2中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为______;a点_____(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡脱氮率,说明其理由______。
II.N2O是一种强温室气体,且易形成颗粒性污染物,研究N2O的分解对环境保护有重要意义。
(4)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,反应历程为:
第一步I2(g)⇌2I(g)(快反应)
第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)
实验表明,含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。
下列表述正确的是____。
A.I2浓度与N2O分解速无关B.第二步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小D.IO为反应的中间产物
【答案】
(1)-746.5kJ/mol
(2)①>②A
(3)温度较低时,催化剂的活性偏低不是该反应为放热反应,根据线II可知,a点对温度的平衡脱氮率应该更高
(4)BD
【解析】
(1)CO燃烧热的△H1=-283.0kJ•mol-l,热化学方程式为:
①CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H1=-283.0kJ•mol-l,②N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)△H2=+180.5kJ•mol-1,根据盖斯定律,将①×2-②得:
2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kJ/mol,故答案为:
-746.5kJ/mol;
(2)①根据反应2CO(g)+2NO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kJ•mol-1,升高温度,平衡逆向移动,所以NO的体积分数会增大,即T1>T2,故答案为:
>;
②若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,则平衡会逆向移动,NO的体积分数增加,重新达到的平衡状态可能是图中A点,故答案为:
A。
(3)根据图像可知,温度较低时,催化剂的活性偏低,因此温度低于200℃,曲线Ⅰ脱氮率随温度升高变化不大;a点不是对应温度下的平衡脱氮率,因为该反应为放热反应,根据线II可知,a点对温度的平衡脱氮率应该更高,故答案为:
温度较低时,催化剂的活性偏低;不是;该反应为放热反应,根据线II可知,a点对温度的平衡脱氮率应该更高;
(4)A.N2O分解反应中,实验表明,含碘时N2O分解速率方程v=k•c(N2O)•[c(I2)]0.5(k为速率常数),和碘蒸气有关,故A错误;B.第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应),在整个反应过程中起到决定性作用,故B正确;C.第二步反应慢说明活化能比第三步大,故C错误;D.第一步I2(g)⇌2I(g)(快反应),第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应),第三步IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+H(g)(快反应),过程中IO为反应的中间产物,故D正确;故答案为:
BD。