2013年初，全国各地多个城市都遭遇“十面霾伏”，造成“阴霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒。汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)+

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2013年初，全国各地多个城市都遭遇“十面霾伏”，造成“阴霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒。
汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)+2CO(g)

2CO₂+N₂。在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如下图所示。据此判断：

（1）该反应为反应(填“放热”或“吸热”）：在T₂温度下，0~2s内的平均反应速率：v(N₂)= ；（2）当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S₁>S₂，在答题卡上画出 c(CO₂)在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线。
（3）某科研机构，在t₁℃下，体积恒定的密闭容器中，用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度（具体数据见下表，CO₂和N₂的起始浓度为0）。

时间/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)/xl0^-4mol L^-1	10．0	4．50	2．50	1．50	1．00	1．00
c(CO)/xl0^-3mol L^-1	3．60	3．05	2．85	2．75	2．70	2．70

t₁℃时该反应的平衡常数K= ，平衡时NO的体积分数为。
（4）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是 (填代号）。（下图中v_正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量）

（5）煤燃烧产生的烟气也含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染。
已知：CH₄(g)+2NO₂(g) = N₂ (g)+CO₂ (g)+2H₂O(g) △H=-867．0kJ • mol^-1
2NO₂ (g)

N₂O₄ (g)                   △H=-56．9kJ • mol^-1
H₂O(g) = H₂O(l)                          △H=-44．0kJ • mol^-1
写出CH₄催化还原N₂O₄ (g)生成N₂ (g)、CO₂ (g)和H₂O(l)的热化学方程式           。

答案

（1）放热 0．025 mol/(L·s) （各2分，共4分）
（2）见图（在T₁S₁下方，起点不变、终点在虚线后即可，合理均可）（2分）

（3）5000 L/mol （2分） 2．41% (2分)
（4）B D （共2分，少选得1分，错选不得分）
（5）CH₄(g)+N₂O₄(g)═N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) D H═ —898．1kJ/mol （2分）

解析

试题分析：⑴依据“先拐先平，数值大”的原则，可知：T₁＞T₂，而在T1条件下可知，二氧化碳的含量反而低，可知，升高温度反应逆向移动，因此正向是放热的。化学反应速率等于单位时间内反应物或者生成物浓度的变化量，因此可以确定用二氧化碳表示的化学反应速率就为：0.050 mol/(L·s)，再依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，可知；用氮气表示的化学反应速率就为：0.025 mol/(L·s)。⑵增大表面积，只是增大反应速率，并不影响二氧化碳的含量，因此，只是反应达到平衡的时间延长，并不影响二氧化碳的量。
⑶ 2NO(g) + 2CO(g)

   2CO₂+         N₂
起始浓度：10^－3mol/L      3.6×10^－3mol/L        0                  0
转化浓度：9.0×10^－4mol/L 9.0×10^－4mol/L      9.0×10^－4mol/L    4.5×10^－4mol/L
平衡浓度：10^－4mol/L      2.7×10^－3mol/L     9.0×10^－4mol/L     4.5×10^－4mol/L
因此平衡常数：

根椐，平衡时体积比等于物质的量之比，等于浓度之比，所以平衡时NO的体积分数为：

⑷A图中正反应速率反应开始后是减小的，错误；B图中表示的是化学平衡常数随时间的变化，因为是绝热的，而反应又是放热的，所以随着反应的进行，放出的热量散不出去，使反应逆向移动，使得平衡常数减小，但在某一个时刻达到平衡状态。正确；C图中在t1后各自的物质的量还在变化，则不是平衡状态，错误；D图中一氧化氮的质量在t1时刻质量不变，一定是一个平衡状态。正确。
⑸ ①CH₄(g)+2NO₂(g) = N₂ (g)+CO₂ (g)+2H₂O(g) △H=-867．0kJ • mol^-1
②2NO₂ (g)

N₂O₄ (g) △H=-56．9kJ • mol^-1
③H₂O(g) = H₂O(l) △H=-44．0kJ • mol^-1
①－②＋③×2：CH₄(g)+N₂O₄(g)═N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) D H═ —898．1kJ/mol

举一反三

目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：

它所对应的化学反应为：__ ___
（2）—定条件下，将C(s)和H₂O(g)分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如下表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol[	达到平衡所需时间/min
容器	容积/L	温度/℃	C(s)	H₂O(g)	H₂(g)	达到平衡所需时间/min
甲	2	T₁	2	4	3.2	8
乙	1	T₂	1	2	1,2	3

①T₁⁰C时，该反应的平衡常数K=_______
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O(g)的物质的量浓度_______ (填选项字母）。
A．="0.8" mol·L^-1    B．=1.4 mol·L^-1    C．<1.4 mol·L^-1    D．>1.4 mol·L^-1
③丙容器的容积为1L，T₁℃时，按下列配比充入C(s)、H₂O(g)、CO₂(g)和H₂(g)，达到平   衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是_______(填选项字母）。
A.0.6 mol、1.0 mol、0.5 mol、1.0 mol
B． 0.6 mol、2.0 mol、0 mol、0 mol
C.1.0 mol、2.0 mol、1.0 mol、2.0 mol
D． 0.25 mol、0.5 mol、0.75 mol、1.5 mol
（3）在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO₂与太阳能电池电解水产生的H₂合成甲醇，已知CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol，写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH的热化学方程式：                              。
（4）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂(g）+ 6H₂(g）

CH₃OCH₃(g）+ 3H₂O(g)
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n(H₂）/ n(CO₂)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H 0，熵变△S___0（填＞、＜或＝）。
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式。若以1.12 L·min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L^-1CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜 g。

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节能减排是当今社会的热门话题，研发混合动力汽车对于中国汽车业的未来具有重要的战略意义。混合动力汽车持续工作时间长，动力性好的优点，无污染、低噪声的好处，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上，某种混合动力汽车的动力系统由“1．6L汽油机十自动变速器十20kW十200V镍氢电池”组成。
①混合动力汽车所用的燃料之一是乙醇，lg乙醇完全燃烧生成CO₂气体和液态H₂O放出30.0kJ热量，写出乙醇燃烧的燃烧热的热化学方程式。

②镍氢电池的使用可以减少对环境的污染，它采用储氢金属为负极，碱液NaOH为电解液，镍氢电池充电时发生反应。其放电时的正极的电极反应方程式为。
③常温下，同浓度的Na₂CO₃溶液和NaHCO₃溶液的pH都大于7，两者中哪种的pH更大，其原因是。0．1mol·L^－1Na₂CO₃中阴离子浓度大小关系是，向0．1mol·L^－1NaHCO₃溶液中滴入少量氢氧化钡溶液，则发生反应的离子方程式为：。
（2）二氧化锰、锌是制备干电池的重要原料，工业上用软锰矿（含MnO₂）和闪锌矿（含ZnS）
联合生产二氧化锰、锌的工艺如下：

①操作Ⅰ需要的玻璃仪器是      。
②软锰矿（含MnO₂）和闪锌矿与硫酸反应的化学方程式为       ，上述电解过程中，当阴极生成6．5g B时阳极生成的MnO₂的质量为      。
③利用铝热反应原理，可以从软锰矿中提取锰，发生的化学方程式为      。

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在一定条件下，CO和CH₄燃烧的热化学方程式分别为：
2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g), △H= -566kJ·mol^-1
CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l), △H= -890kJ·mol^-1
由1 mol CO和3 mol CH₄组成的混和气体在上述条件下完全燃烧时，释放的热量为（）

A．2912 kJ

B．2953 kJ

C．3236 kJ

D．3867 kJ

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把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径I： C(s)＋O₂(g) = CO₂(g)
途径II：先制水煤气： C(s) + H₂O(g) =" CO(g)" + H₂(g)
燃烧水煤气：2 CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)；
2H₂(g)+O₂(g) =2H₂O(g)
已知：①C(s)＋O₂(g)=CO₂(g)；△H₁=－393.5 kJ·mol^-1
②H₂(g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)；△H₂=－241.8kJ·mol^-1
③CO(g)+ 1/2O₂ (g) =CO₂(g)；△H₃=－283.0kJ·mol^-1
请回答下列问题：
（1）CO(g) + H₂O(g) = H₂(g) + CO₂(g) 是       （填“放热反应”或“吸热反应”）
（2）根据盖斯定律，煤和气态水生成水煤气的反应热△H=                    。
（3）根据两种途径，下列说法错误的是（   ）

A．途径II制水煤气时增加能耗，故途径II的做法不可取

B．与途径I相比，途径II可以减少对环境的污染

C．与途径I相比，途径II可以提高煤的燃烧效率

D．将煤转化为水煤气后，便于通过管道进行运输

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利用N₂和H₂可以实现NH₃的工业合成，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产。请回答下列问题：
（1）已知：N₂(g)+O₂(g) = 2NO(g) △H=+180．5kJ/mol
N₂(g)+3H₂(g)

2NH₃(g)    △H=－92．4kJ/mol
2H₂(g)+O₂(g) = 2H₂O(g)         △H=－483．6kJ/mol
写出氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气的热化学方程式为
           。
（2）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对N₂(g)+3H₂(g)

2NH₃(g)反应的影响。
实验结果如图所示：

（图中T表示温度，n表示物质的量）
①图像中T₂和T₁的关系是：T₂          T₁（填“高于”“低于”“等于”“无法确定”）
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是（填字母）。                     。
③若容器容积为1L，在起始体系中加入1mol N₂，n=3mol反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则此条件下（T₂），反应的平衡常数K=               。保持容器体积不变，再向容器中加入1mol N₂，3mol H₂反应达到平衡时，氢气的转化率将
（填“增大”、“减”或“不变”）。
（3）N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注。
①一定温度下，在恒容密闭容器中N₂O₅可发生下列反应：
2N₂O₅(g)

4NO₂(g)＋O₂(g) ΔH＞0下表为反应在T₁温度下的部分实验数据

t/s	0	50	100
c(N₂O₅)/mol·L^—1	5．0	3．5	2．4

则50s内NO₂的平均生成速率为。
②现以H₂、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成的燃料电池，采用电解法制备N₂O₅，装置如图所示，其中Y为CO₂。

写出石墨I电极上发生反应的电极反应式。
在电解池中生成N₂O₅的电极反应式为。

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