Question

【題目】碳和氮的化合物在生產生活中廣泛存在。回答下列問題：

(1)催化轉化器可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NOx、碳氫化合物）進行相互反應，生成無毒物質，減少汽車尾氣污染。

已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5 kJ/mol；

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=－221.0 kJ/mol；

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=－393.5 kJ/mol

則尾氣轉化反應2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的△H=___________。

(2)氨是一種重要的化工原料，在工農業生產中有廣泛的應用。在773 K時，分別將2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一個固定容積為1 L的密閉容器中，隨著反應的進行，氣體混合物中n(H2)、n(NH3)與反應時間(t)的關系如表所示：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n(H2)/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n(NH3)/mol	0	1.00	1.60	1.80	1.98	2.00	2.00

①該溫度下，若向同容積的另一容器中投入N2、H2、NH3，其濃度均為3 mol/L，則此時v正____v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

②由表中的實驗數據可得到“c—t”的關系，如圖所示，表示c(N2)—t的曲線是______。在此溫度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，則反應剛達到平衡時，表示c(H2)—t的曲線上相應的點為________。

(3)NOx的排放主要來自于汽車尾氣，有人利用反應C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=-34.0kJ/mol，用活性炭對NO進行吸附。已知在密閉容器中加入足量的C和一定量的NO氣體，保持恒壓測得NO的轉化率隨溫度的變化如圖所示：

①由圖可知，在1100K時，CO2的體積分數為__________。

②用某物質的平衡分壓代替其物質的量濃度也可以表示化學平衡常數(記作Kp)。在1050K、1.1×106Pa時，該反應的化學平衡常數Kp=______[已知：氣體分壓(P分)=氣體總壓(Pa)×體積分數]。

(4)在酸性電解質溶液中，以惰性材料作電極，將CO2轉化為丙烯原理如圖所示

①太陽能電池的負極是_______(填“a”或“b”)

②生成丙烯的電極反應式是___________。

Answer 1

【答案】-746.5 kJ /mol 大于 乙 B 20% 4 a 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O

【解析】

(1)根據蓋斯定律將已知的熱化學方程式，根據③×2-②-①疊加可得相應熱化學方程式；

(2)①由表中數據可知，25min達到平衡，根據物質反應轉化關系，計算出各種物質的瓶內濃度，得到該溫度下的化學平衡常數，將物質的此時濃度帶入濃度商計算并與K比較判斷；

②c(N2)從2mol/L減小為1mol/L，在此溫度下，若起始充入4 mol N2和12 molH2，壓強為原來的2倍，增大壓強平衡正向移動，則3mol/L<c(H2)<6mol/L；

(3)①由圖可知，1050K前反應中NO的轉化率隨溫度升高而增大，反應速率加快；圖中1100K時，NO的轉化率為40%，假設反應開始時NO的物質的量為a，根據NO的轉化率及物質反應轉化關系，計算出平衡時各種氣體的物質的量，利用阿伏加德羅定律及其推論計算體積分數；

②根據1050K、1.1×106Pa時，NO的轉化率為80%，計算出平衡時各種氣體的物質的量，結合氣體分壓(P分)=氣體總壓(Pa)×體積分數，以此計算Kp；

(4)由圖可知，陰極上CO2得到電子生成丙烯，則a為負極，以此來解答。

(1)由于反應熱與反應途徑無關，只與物質的始態和終態有關，所以根據蓋斯定律③×2-②-①進行疊加，可得相應熱化學方程式：NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ /mol；

(2)由表中數據可知，25min達到平衡，平衡時各種物質的濃度c(NH3)=2.0mol/L，c(H2)=3.0mol/L，c(N2)=1.0mol/L，則該溫度下的化學平衡常數K==。

①該溫度下，若向同容積的另一容器中投入N2、H2、NH3，其濃度均為3.0 mol/L，則Qc==<K，說明反應正向進行，v正>v逆；

②c(N2)從2mol/L減小為1mol/L，則表示c(N2)-t的曲線是乙，在此溫度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，壓強為原來的2倍，增大壓強，化學平衡向氣體體積減小的正反應方向移動，則3mol/L<c(H2)<6mol/L，且濃度增大，反應速率加快，則達到平衡時，表示c(H2)-t的曲線上相應的點為B；

(3)①由圖可知，1050K前反應中NO的轉化率隨溫度升髙而增大，其原因為1050K前反應未達到平衡狀態，隨著溫度升高，反應速率加快，NO轉化率增大；圖中1100K時，NO的轉化率為40%，則根據反應方程式C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，假設反應開始時NO的物質的量為a，平衡時NO為0.6a，N2為0.2a，CO2為0.2a，由于在同溫同壓下，氣體的體積比等于氣體的物質的量的比，則CO2占的體積分數=×100%=20%；

②1050K、1.1×106Pa時，NO的轉化率為80%，則根據反應方程式C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，假設反應開始時NO的物質的量為a，平衡時NO為0.2a，N2為0.4a，CO2為0.4a，氣體的總物質的量為0.2a+0.4a+0.4a=a。氣體分壓=氣體總壓×氣體的體積分數，則化學平衡常數Kp==4；

(4)①由圖可知，陰極上CO2中的C得到電子，發生還原反應，所以太陽能電池的負極是a；

②在a電極上生成丙烯的電極反應式是3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O。