【题目】Ⅰ.利用甲烷催化还原NOx消除氮氧化物的污染
①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1 160kJ·mol-1
③CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-867kJ·mol-1
(1)如果三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3,则K3=___(用K1、K2表示)。
(2)在2L恒容密闭容器中充入1molCH4和2molNO2进行反应③,CH4的平衡转化率α(CH4)与温度和压强的关系如图所示。
①若容器中的压强为p2,y点:v正____(填“大于”“等于”或“小于”)v逆。
②x点对应温度下反应的平衡常数K=___。
Ⅱ.甲烷蒸气转化法制H2的主要反应为:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
(3)在恒容密闭容器中充入2 mol CH4和H2O(g)的混合气体,且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下达到平衡时测得H2的体积分数φ(H2)与x的关系如图所示。
则CH4的转化率:a点____(填“>”“=”或“<”,下同)b点,CH4(g)的浓度:a点_____b点,氢气的产率:a点____b点。
Ⅲ.(4)根据以下三个热化学方程式:2H2S(g)+3O2(g)=SO2(g) +2H2O(l) ΔH=-Q1kJ·mol-1,2H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(l) ΔH=-Q2kJ·mol-1,2H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(g) ΔH=-Q3kJ·mol-1,判断Q1、Q2、Q3的大小关系是___。
【答案】 大于 0.25 > = = Q1>Q2>Q3
【解析】
(1)依据已知的热化学方程式利用盖斯定律构造CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),然后根据关系式得到平衡常数的关系;
(2)①y趋向平衡时,甲烷的转化率应增大;
②x点甲烷的转化率为50%,以此计算平衡时各物质的浓度,可计算平衡常数;
(3)两种反应物存在,增加其中一种反应物的量,能使另一种反应物的转化率提高,根据反应方程式分析a、b两点CH4和H2O的浓度关系和氢气的产率大小;
(4)依据焓变的含义和反应物质的聚集状态变化,反应的进行程度进行分析判断,结合盖斯定律的内容分析物质转化的能量变化。
(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJmol-1;由盖斯定律×(①+②)得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),已知三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3,则K3==;
(2)①y趋向平衡时,甲烷的转化率应增大,即反应正向进行,v正大于v逆;
②在恒容(2L) 密闭容器中充入1molCH4和2moINO2进行(1)中反应,x点甲烷的转化率为50%,
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始(mol/L) 0.5 1 0 0 0
转化(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5
平衡(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5
则K===0.25;
(3)两种反应物存在,增加其中一种反应物的量,能使另一种反应物的转化率提高,a点H2O的含量相对较大,所以a点CH4的转化率更高;根据反应方程式分析,CH4和H2O是按照1:1反应的,a点CH4和H2O的物质的量之比为9:11,b点CH4和H2O的物质的量之比为11:9,所以二者平衡时a点CH4的浓度等于b点H2O(g)的浓度;由于二者CH4和H2O按物质的量1:1反应,所以交换二者的起始充入量之比不改变化学平衡,即达到平衡时氢气的产率a点等于b点;
(4)①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(1)△H=-Q1KJ/mol,②2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(1)△H=-Q2KJ/mol,③2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(g)△H=-Q3KJ/mol;反应②③相比,生成气态水和生成液态水相比,生成液态水放出的热量多,所以Q2>Q3;反应①②相比,②反应生成的单质硫转化为二氧化硫时放出热量,所以Ql>Q2;综上所述Q1、Q2、Q3三者大小关系为:Ql>Q2>Q3。
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【题目】I. CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此,控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。
已知反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;
反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。
在不同温度时K1、K2的值如下表:
温度 | K1 | K2 |
973K | 1.47 | 2.38 |
1173K | 2.15 | 1.67 |
(1)推导反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常数K与K1、K2的关系式:_________,判断该反应是_____________反应(填“吸热”或“放热”)。
II. T1温度下,体积为2L的恒容密闭容器,加入4.00molX,2.00molY,发生化学反应 2X(g)+Y(g) 3M(g)+N(s) △H<0。
部分实验数据如下:
t/s | 0 | 500 | 1000 | 1500 |
n(X)/mol | 4.00 | 2.80 | 2.00 | 2.00 |
(2)当反应达到平衡后,其他条件不变,分离出部分M,则新平衡时,正反应速率相对于原平衡____________(填“增大”、“减小”、或“不变”)。
(3)该反应达到平衡时某物理量随温度变化如下图所示。纵坐标可以表示的物理量有哪些____。
a.Y的逆反应速率
b.M的体积分数
c.混合气体的密度
d.X的转化率
(4)反应达到平衡后,若再加入3.00molM,3.00molN,下列说法正确的是_____________。
A.重新达平衡后,用X表示的υ(正)比原平衡大
B.重新达平衡后,M的体积分数小于50%
C.重新达平衡后,M的物质的量浓度是原平衡的1.5倍
D.重新达平衡后,Y的平均反应速率与原平衡相等
(5)若容器为绝热恒容容器,起始时加入4.00molX,2.00molY,则达平衡后M的物质的量浓度____________1.5mol/L(填“大于”、“小于”或“等于”)。
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【题目】下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像,其中图像和实验结论表达均正确的是( )
A. ①是其他条件一定时,反应速率随温度变化的图像,正反应ΔH<0
B. ②是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像
C. ③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像,a是使用催化剂时的曲线
D. ④是一定条件下,向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像,压强p1>p2
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【题目】一定温度下反应:A2(g)+3 B2(g)2 AB3(g) (每生成2 mol AB3放出92.4 kJ的热量),在恒温恒压的密闭容器中进行如下实验:①通入1 mol A2和3 mol B2,达平衡时放出热量为Q1,②通入2 mol A2和6 mol B2,达平衡时放出热量为Q2,则下列关系正确的是
A.Q2 = 2 Q1 B.2Q1 < Q2
C.Q1 < Q2 < 92.4 kJ D.Q1 = Q2 < 92.4 kJ
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【题目】完成下列问题:
(1)10Be和9Be______________。
a.是同一种原子 b.具有相同的中子数
c.具有相同的化学性质 d.具有相同的核外电子排布
(2)有下列微粒或物质:
①O、O、O ②H2O、D2O ③石墨、金刚石 ④H2、D2、T2 ⑤H、D、T ⑥K、Ca、Ar,回答下列问题:
a.互为同位素的是______________;
b.互为同素异形体的是______________;
c.由①和⑤中的微粒能结合成水,可得水分子的种数为__________种;可得相对分子质量不同的水分子种数为__________种,相对分子质量最大的是____________(写化学式)。
(3)H2O的摩尔质量为____________,相同质量的H2O与H2O所含质子数之比为______,中子数之比为__________。
(4)电解相同质量的H2O和H2O时产生的氢气在同温同压下体积之比为__________,质量之比为__________。
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【题目】某研究小组利用如图装置探究温度对一氧化碳还原氧化铁的影响。
(1)MgCO3的分解产物为____________。
(2)装置C的作用是______________,处理尾气的方法为______________________。
(3)将研究小组分为两组,按如图装置进行对比实验,甲组用酒精灯、乙组用酒类喷灯对装置D加热,反应产物均为黑色粉末(纯净物)。两组分别用产物进行以下实验。已知Fe2+与K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。
①乙组得到的黑色粉末是______________。
②甲组步骤1中反应的离子方程式为______________。
③乙组步骤4中,溶液变红的原因为______________________;溶液褪色可能的原因及其验证方法为________________________。
④从实验安全考虑,题图装置还可采取的改进措施是__________________________________。
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【题目】分析下列氧化还原反应,指出氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物。
(1)CuO+COCu+CO2
氧化剂:__,还原剂:__,氧化产物:__,还原产物:__。
(2)2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑
氧化剂:__,还原剂:__,氧化产物:__,还原产物:__。
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【题目】有机物M是有机合成的重要中间体,制备M的一种合成路线如下(部分反应条件和试剂略去):
已知:①A的密度是相同条件下H2密度的38倍;其分子的核磁共振氢谱中有3组峰;
②(-NH2容易被氧化);
③R-CH2COOH
请回答下列问题:
(1)B的化学名称为______。A中官能团的电子式为______。
(2)CD的反应类型是______,I的结构简式为______。
(3)FG的化学方程式为______。
(4)M不可能发生的反应为______(填选项字母)。
a.加成反应 b.氧化反应 c.取代反应 d.消去反应
(5)请写出任意两种满足下列条件的E的同分异构体有______。
①能与FeCl3溶液发生显色反应 ②能与NaHCO3反应 ③含有-NH2
(6)参照上述合成路线,以为原料(无机试剂任选),设计制备的合成路线:______。
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【题目】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体,严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
I. 脱硝:
已知:H2的燃烧热为285.8kJ·mol1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol1
H2O(g)=H2O(l) ΔH=44kJ·mol1
催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为:______。
II. 脱碳:
(1)向2L密闭容器中加入2mol CO2和6mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)
① 该反应自发进行的条件是_____(填“低温”、“高温”或“任意温度”)
② 下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_____。(填字母)
a. 混合气体的平均式量保持不变 b. CO2和H2的体积分数保持不变 c. CO2和H2的转化率相等
d. 混合气体的密度保持不变 e. 1 mol CO2生成的同时有3 mol HH键断裂
(2) 改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见表:
反应时间 | CO2(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) | H2O(mol) | |
反应I:恒温恒容 | 0min | 2 | 6 | 0 | 0 |
10min | 4.5 | ||||
20min | 1 | ||||
30min | 1 | ||||
反应II:绝热恒容 | 0min | 0 | 0 | 2 | 2 |
①达到平衡时,反应I、II对比:平衡常数K(I)___K(II)(填“>”“<”或“=”下同);平衡时CH3OH的浓度c(I)___c(II)。
②对反应I,前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=_____。在其他条件不变的情况下,若30 min时只改变温度T2℃,此时H2的物质的量为3.2 mol,则T1____T2(填“>”、“<”或“=”)。若30 min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡_____移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。
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