(14分)近年来雾霾天气多次肆虐我国部分地区。其中燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g) + 2CO(g)2CO2

(14分)近年来雾霾天气多次肆虐我国部分地区。其中燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g) + 2CO(g)2CO2

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(14分)近年来雾霾天气多次肆虐我国部分地区。其中燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)。在密闭容器
中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图1所示。据此判断:
①该反应的△H        0(填“<”或“>”)。
②在T2温度下,0~2s内的平均反应速率v (N2)为          
③若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列图2中正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是         (填字母编号)。
             
图1                                图2
(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气中含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx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 kJ/mol         ①
2NO2(g)N2O4(g)   △H=-56.9 kJ/mol          ②
H2O(g)=H2O(l)    △H=-44.0 kJ/mol             ③
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式               
(3)甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL 1 mol/L食盐
水的装置,电解一段时间后,收集到标准状况下的氢气2.24L(设电解后溶液体积不变)。

①该燃料电池的负极反应式为        
②电解后溶液的pH约为             (忽略氯气与氢氧化钠溶液反应)。
③阳极产生气体的体积在标准状况下约为           L。
答案
(14分)(每空2分)(1)①<   ②0.025mol/(L·s)  ③c
(2)N2O4(g)+CH4(g)=N2(g)+2H2O(l)+CO2(g)  △H=-898.1kJ/mol
(3)①CH4-8e-+2H2O= CO2+8 H+   ②14   ③1.68
解析

试题分析:(1)①根据化学平衡中“先拐先平”的规律,T1>T2,则温度升高,二氧化碳浓度减小,说明升温平衡逆向移动,所以正向是放热反应△H<0;
②2s内二氧化碳的浓度增加0.1mol/L,则氮气的浓度增加0.05mol/L,所以v (N2)=0.05mol/L/2s=0.025mol/(L·s);
③图a中t1时刻说明正反应速率最大,因为该反应为放热反应,容器为绝热容器,所以开始时相当于给体系升温,温度升高,反应速率加快,但同时升温不利于正反应的进行,所以正反应速率后来又逐渐减小,当正反应速率不再变化时说明达平衡状态,因此t1时刻未达到平衡状态;b图中t1时刻的一氧化碳和二氧化碳的物质的量相等,不能说明t1时刻达到平衡状态;c图中t1时刻NO的质量分数不再变化,说明已达平衡状态,正确,答案选c。
(2)根据盖斯定律,目标方程式=①-②+2×③,所以CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式为N2O4(g)+CH4(g)=N2(g)+2H2O(l)+CO2(g)  △H=-898.1kJ/mol
(3)①燃料电池中的负极是燃料发生氧化反应,所以该燃料电池的负极反应式为CH4-8e-+2H2O= CO2+8 H+
②食盐水中的Cl-的物质的量是0.1mol,若按电解食盐水的化学方程式中2NaOH~H2~Cl2,当生成0.1mol氢气时,应生成0.1mol氯气,与题意不符,所以电解食盐水开始是Cl-和H+放电,Cl-放电完毕后是OH放电,因此溶液中氢氧化钠的物质的量为0.05mol×2=0.1mol,所以c(OH)=0.1mol/0.1L=1mol/L,溶液pH=14;
③根据②的分析,阳极产生0.05mol的氯气和0.025mol的氧气,所以标准状况下的体积是1.68L。
举一反三
氮的固定有三种途径:生物固氮、自然固氮和工业固氮。根据最新“人工固氮”的研究报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105 Pa、反应时间1 h):
T/K
303
313
323
353
NH3生成量/(106 mol)
4.8
5.9
6.0
2.0
相应的化学方程式:2N2(g)+6H2O(l) 4NH3(g)+3O2(g)ΔH=a kJ·mol1
回答下列问题:
(1)此合成反应的a________0;ΔS________0,(填“>”、“<”或“=”)
(2)已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 .4 kJ·mol1
2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l)    ΔH =-571.6 kJ·mol1
则2N2(g)+6H2O(l)===4NH3(g)+3O2 (g) ΔH=________kJ·mol1
(3)从323 K到353 K,氨气的生成量减少的可能原因_________________;
(4)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 .4 kJ·mol1,分别研究在T1、T2和T3(T1<T2<T3)三种温度下合成氨气的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和N2的起始组成比(起始时N2的物质的量均为1 mol)与N2平衡转化率的关系。请回答:

①在上述三种温度中,曲线X对应的温度是________。
②a、b、c三点H2的转化率最小的是________点、转化率最大的是________点。
③在容积为1.0 L的密闭容器中充入0.30 mol N2(g)和0.80 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4/7。该条件下反应2NH3(g)  N2(g)+3H2(g)的平衡常数为________ 。
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碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用。
(1)真空碳热还原—氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s)=6AlCl(g)+6CO(g)   △H=a kJ·mol1
3AlCl(g) =2Al(l)+AlCl3(g)                    △H=b kJ·mol1
反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H=      kJ·mol1(用含a、b的代数式表示);
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)  △H="Q" kJ·mol1在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
          时间(mol/L)
浓度(mol/L)
 0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.68
0.50
0.50
0.60
0.60
N2
0
0.16
0.25
0.25
0.30
0.30
CO2
0
0.16
0.25
0.25
0.30
0.30
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=       ,T1℃时,该反应的平衡常数K=      
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      (填字母编号)。
a.通入一定量的NO            b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂           d.适当缩小容器的体积   
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q        0(填“>”或“<”)。
④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是     (填选项编号)。
a.单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g) 
b.反应体系的温度不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变                
d.反应体系的压强不再发生改变
(3)铝电池性能优越,Al—Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如下图所示:
           
请写出该电池正极反应式          ;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH=     (不考虑溶液体积的变化)。
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在一定条件下,反应N2+3H22NH3,在2L密闭容器中进行,5min内氨的质量增加了1.7g,则反应速率为
A.v(H2)=0.03mol/(L·min)B.v(N2)="0.005mol/(L·min)"
C.v(NH3)=0.17mol/(L·min)D.v(NH3)=0.02mol/(L·min)

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下列各组金属与酸的反应,反应刚开始时,放出H2的速率最大的是(    )
 
金属(粉末状)/mol
酸的浓度及体积
反应温度
A
Mg
0.1
3mol·L-1盐酸
10mL
25℃
B
Fe
0.1
3mol·L-1盐酸
10mL
25℃
C
Mg
0.1
3mol·L-1硫酸
10mL
25℃
D
Mg
0.1
6mol·L-1硝酸
10mL
60℃

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一定条件下,体积为10L的密闭容器中,1molX和1molY进行反应: 2X(g)+Y(g) Z(g),经60s达到平衡,生成0.3molZ。下列说法正确的是(    )
A.反应进行60s时,X、Y、Z的浓度相等
B.反应进行80s时,逆反应速率大于正反应速率
C.以X浓度变化表示的反应速率为0.06mol/(L•min)
D.反应进行80s时,Y物质的量浓度为0.03mol/L

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