問題詳情:
氮和碳的化合物與人類生產、生活密切相關。
(1)已知:N2(g)+O2(g)===2NO(g)
ΔH=+180.5 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)
ΔH=-483.6 kJ·mol-1
則反應2H2(g)+2NO(g)===2H2O(g)+N2(g)
ΔH=________。
(2)在壓強為0.1 MPa條件下,將CO和H2的混合氣體在催化劑作用下轉化為*醇的反應為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0
①下列能説明該反應達到平衡狀態的是( )
a.混合氣體的密度不再變化
b.CO和H2的物質的量之比不再變化
c.v(CO)=v(CH3OH)
d.CO在混合氣中的質量分數保持不變
②T1 ℃時,在一個體積為5 L的恆壓容器中充入1 mol CO、2 mol H2,經過5 min達到平衡,CO的轉化率為0.75,則T1 ℃時,CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數K=________。
③在T1 ℃時,在體積為5 L的恆容容器中充入一定量的H2和CO,反應達到平衡時CH3OH的體積分數與的關係如圖所示。温度不變,當=2.5時,達到平衡狀態,CH3OH的體積分數可能是圖像中的________點。
(3)用催化轉化裝置淨化汽車尾氣,裝置中涉及的反應之一為:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
①探究上述反應中NO的平衡轉化率與壓強、温度的關係,得到如圖1所示的曲線。催化裝置比較適合的温度和壓強是________。
②測試某型號汽車在冷啟動(冷啟動指發動機水温低的情況下啟動)時催化裝置內CO和NO百分含量隨時間變化曲線如圖2所示。則前10 s內,CO和NO百分含量沒明顯變化的原因是__________________________。
(4)如圖所示的裝置能吸收和轉化NO2和SO2。
①陽極區的電極反應為___________________________________________。
②*極排出的溶液中含S2O,能將NO2氣體轉化為無污染氣體,同時SO可在*極區再生。寫出該反應的離子方程式:______________________。(S2O在**條件下不能大量存在)
【回答】
* (1)-664.1 kJ·mol-1 (2)①ad ②75 ③F
(3)①400 K,1 MPa ②尚未達到催化劑工作温度或尚未達到反應所需的温度
(4)①SO2-2e-+2H2O===SO+4H+
②4S2O+2NO2+8OH-===8SO+N2+4H2O
解析 (1)將已知中的兩個熱化學方程式編號,按順序為①和②,依據蓋斯定律可知②-①得:2H2(g)+2NO(g)===2H2O(g)+N2(g) ΔH=(-483.6 kJ·mol-1)-180.5 kJ·mol-1=-664.1 kJ·mol-1。
(2)①根據題意,反應的條件為恆温恆壓,混合氣體的總質量為恆量,混合氣體的體積為變量,則混合氣體的密度為變量,混合氣體的密度不再變化,能説明反應達到平衡狀態,a正確;CO與H2起始的物質的量之比未知,若按係數比投料,CO與H2的物質的量之比為恆量1∶2,故CO與H2的物質的量之比不再變化,不能説明反應達到平衡狀態,b錯誤;未標明v正和v逆,不能説明反應達到平衡狀態,c錯誤;CO在混合氣中的質量分數保持不變,能説明反應達到平衡狀態,d正確,故選ad。
②根據“三段式”
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量(mol) 1 2 0
變化量(mol) 0.75 1.5 0.75
平衡量(mol) 0.25 0.5 0.75
根據同温同壓下,氣體的體積之比等於氣體的物質的量之比得:
=,V平衡=2.5 L,則T1 ℃時的化學平衡常數K===75。
③恆温恆容條件下,當=2時,達到平衡狀態時,CH3OH的體積分數最高,故當=2.5時,達到平衡狀態時,CH3OH的體積分數可能是圖像中的F點。
(3)①由圖1可知,等壓條件下,温度越低,NO的轉化率越高,因此温度選400 K,相同温度下,NO的轉化率隨着壓強的增大變化不大,所以選用較為經濟的1 MPa。
(4)①依據圖示可知,二氧化硫在陽極區域被氧化為硫*根離子,即陽極區發生反應SO2-2e-+2H2O===SO+4H+。
②*極排出的S2O,能將NO2氣體轉化為無污染氣體,此氣體為N2,同時生成SO,由於**條件下S2O不能大量存在,因此該反應要在鹼*環境中進行,根據得失電子守恆、電荷守恆及原子守恆可知,該反應的離子方程式為:4S2O+2NO2+8OH-===8SO+N2+4H2O。
知識點:化學平衡
題型:綜合題