氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。 (1)用CH4催化还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) ΔH=-574 kJ·mol-1 ②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1 160 kJ·mol-1 ③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44.0 kJ·mol-1
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式: 。
(2)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下可将SO2转化为S,从而实现对SO2的治理。已知含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时,其中一个反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,则另一反应的离子方程式为 。 (3)用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g)。某研究小组向
密闭的真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)加入NO和足量的活性炭,恒温(T1 ℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下: 浓度/(mol·L-1) 时间/min 0 10 20 30 40 50 NO N2 CO2 0 1.00 0 0.58 0.21 0.21 0.40 0.30 0.30 0.40 0.30 0.30 0.32 0.34 0.17 0.32 0.34 0.17
①10~20 min以v(CO2)表示的反应速率为 。
②根据表中数据,计算T1 ℃时该反应的平衡常数为 (保留两位小数)。
③一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
④下列各项能作为判断该反应达到平衡的是 (填序号字母)。 A.容器内压强保持不变 B.2v正(NO)=v逆(N2)
C.容器内CO2的体积分数不变 D.混合气体的密度保持不变
⑤30 min末改变某一条件,过一段时间反应重新达到平衡,则改变的条件可能是 。请在下图中画出30 min至40 min的变化曲线。
解析:(1)将已知的三个热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律可得:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-955 kJ· mol-1。
(2)依据题意Fe2+、Fe3+在反应中起催化作用,可知另一反应为Fe3+将SO2氧化为S。 (3)①v(CO2)= mol·(L·min)-1=0.009 mol·L-1·min-1。 ②反应到20 min时达到平衡状态,K==0.56。
③该反应为气体物质的量不变的反应,增大NO的起始浓度,相当于增大压强,NO转化率不变。
④温度不变,气体的物质的量是恒量,故压强为恒量,与反应是否达到平衡无关,A项错误;将B项用N2表示的反应速率转化为用NO表示的反应速率后为v正(NO),正、逆反应速率不相等,不能说明反应已达平衡状态,B项错误;容器中CO2的体积分数和混合气体的密度均为变量,当这些变量不变时,说明反应已达平衡状态。
⑤从表中数据看出,30~40 min的变化为:CO2浓度大幅度减小,NO的浓度减小,N2的浓度增大,NO浓度减小的幅度与N2浓度增大的幅度符合化学方程式中的化学计量数比,可知改变的条件为减小CO2的浓度。 答案:(1)CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-955 kJ·mol-1
(2)2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++S+4H+ (3)①0.009 mol·L-1·min-1
②0.56 ③不变 ④CD ⑤减小CO2的浓度
作图要点:①起点在30 min时v逆(CO2)的一半左右 ②终点不超过30 min时v逆(CO2)
14.(14分)在一定温度下,将1 mol CO与3 mol H2气体充入一体积不变的密闭容器中,在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
(1)该反应的ΔH 0(填“<”“>”或“=”),原因是 。
(2)保持反应条件不变,下列能说明反应达到平衡状态的是 。 a.化学平衡常数K值不再发生变化 b.容器内气体密度不再发生变化 c.容器内压强不再发生变化
(3)若反应分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(CO)=0.100 mol·L-1,c(H2)=0.200 mol·L-1,c(CH3OH)=0 mol·L-1。CO的浓度随时间的变化分别如图中①②③曲线所示。则反应①、②的平衡常数K1 K2(填“大于”“小于”或“等于”);相对于反应①来说,反应②和反应③改变的条件分别为 和 。
(4)为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面的实验设计表中。请将表中剩余的实验条件、数据填满。
实验编号 T/℃ n(CO)/n(H2) p/MPa ⅰ ⅱ 150 1/3 0.1 5
续表
实验编号 T/℃ n(CO)/n(H2) p/MPa ⅲ 350 5
解析:(1)吸热的熵减反应一定不能自发,而放热的熵减反应在一定条件下可以自发进行。
(2)化学平衡常数只与反应温度有关,温度不变,平衡常数不变,与反应是否达到平衡无关;容器体积不变,因此容器内气体密度为恒量,与反应是否达到平衡无关;该反应为气体物质的量减小的反应,在体积不变的情况下,压强不变说明气体的总物质的量不再变化,反应已达平衡。
(3)由图中曲线看出,反应①②达到的平衡相同,但反应速率不同,故反应①②只能是在有无催化剂的条件下进行的,故平衡常数应相等;而反应③反应速率增大,CO的平衡浓度也减小,说明平衡向右移动,为增大压强。
(4)探究外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响时,每次只能改变一个条件,即遵循“多定一变”的原则。
答案:(1)< 该反应为熵减的反应,而反应能自发进行,故必为放热反应 (2)c (3)等于 加入催化剂 增大压强 (4)
实验编号 T/℃ n(CO)/n(H2) p/MPa ⅰ ⅱ ⅲ 150 1/3 1/3
【新教材】高考化学一轮讲解：7.2化学平衡的移动、勒夏特列原理(含答案)
