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15.超音速飛機在平流層飛行時,尾氣中的NO會破壞臭氧層.科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2,其反應為:2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO2+N2.為了測定在某種催化劑作用下的反應速率,在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表:
時間(s)012345
c(NO)(mol/L)1.00×10-34.50×10-42.50×10-41.50×10-41.00×10-41.00×10-4
c(CO)(mol/L)3.60×10-33.05×10-32.85×10-32.75×10-32.70×10-32.70×10-3
請回答下列問題(均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響):
(1)在上述條件下反應能夠自發進行,則反應的△H<0(填寫“>”、“<”、“=”).
(2)前2s內的平均反應速率v(N2)=1.88×10-4mol•L-1•s-1
(3)在該溫度下,反應的平衡常數K=5000.
(4)假設在密閉容器中發生上述反應,達到平衡時下列措施能提高NO轉化率的是C、D.
A.選用更有效的催化劑B.升高反應體系的溫度
C.降低反應體系的溫度D.縮小容器的體積
(5)研究表明:在使用等質量催化劑時,增大催化劑比表面積可提高化學反應速率.為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律,某同學設計了三組實驗,部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中.
實驗
編號
T(℃)NO初始濃度
(mol/L)
CO初始濃度
(mol/L)
催化劑的比表面積(m2/g)
2801.20×10-35.80×10-382
124
350124
請在上表空格中填入剩余的實驗條件數據.

分析 (1)反應時體積減小的反應熵變大于0,依據反應自發進行的判斷依據為△H-T△S<0分析;
(2)依據2s末的物質濃度變化結合化學反應速率的概念計算得到;
(3)2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO2+N2,反應達到平衡狀態的平衡濃度,依據平衡常數的概念列式計算;
(4)提高NO轉化率需要改變條件促使平衡正向進行結合平衡移動原理分析選項;
(5)根據實驗目的驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律,則應保證濃度相同,然后相同溫度時比較催化劑比表面積,相同催化劑比表面積時比較溫度.

解答 解:(1)因該反應2NO+2CO2=CO2+N2中氣體減少,則△S<0,由反應能夠自發進行,則△H-T△S<0,即該反應一定是放熱才有可能自發進行,放熱反應的△H<0,故答案為:<;
(2)由表格中的數據可知2s內NO濃度的變化量為1.00×10-3-2.50×10-4=7.50×10-4,則υ(NO)=$\frac{7.5×1{0}^{-4}mol/L}{2S}$=3.75×10-4mol•L-1•s-1;
由化學反應速率之比等于化學計量數之比,則υ(N2)=$\frac{1}{2}$υ(NO)≈1.88×10-4mol•L-1•s-1,
故答案為:1.88×10-4mol•L-1•s-1;
(3)分析圖表數據可知,反應達到4s達到平衡狀態,
                 2NO+2CO $\stackrel{催化劑}{?}$    2CO2 +N2
起始量(mol/L) 1.00×10-3  3.60×10-3  0       4.5 0
變化量(mol/L) 9×10-49×10-4 9×10-4 4.5×10-4
平衡量(mol/L)1.00×10-4 2.70×10-3 9×10-4 4.5×10-4
依據平衡常數的概念得到平衡常數K=$\frac{c({N}_{2}){c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO){c}^{2}(CO)}$=$\frac{4.5×1{0}^{-4}×(9×1{0}^{-4})^{2}}{(1.00×1{0}^{-4})^{2}×(2.70×1{0}^{-3})^{2}}$=5000;
故答案為:5000;
(4)由化學反應及提高NO轉化率可知,應使化學平衡正向移動,催化劑不能影響平衡移動,該反應放熱,則升高溫度逆向移動,縮小容器的體積相當于加壓,則加壓、降溫使該反應平衡正移,
故答案為:C、D;
(5)因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同,則應控制溫度相同,所有濃度應控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響;Ⅱ、Ⅲ比表面積相同,溫度不同,則所有濃度應控制相同來驗證反應溫度對速率的影響,
故答案為:

實驗
編號
T(℃)NO初始濃度
(mol/L)
CO初始濃度
(mol/L)
催化劑的比表面積(m2/g)
2801.20×10-35.80×10-3
1.20×10-35.80×10-3

點評 本題綜合考查反應速率、反應方向、化學平衡等知識,并注重考查了學生對實驗化學的設計思路,充分體現了新課程變化,同時又注重了對高考熱點的考查,是較好的一道綜合題,題目難度中等.

練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:解答題

17.將15.6g Na2O2完全溶于適量的水中,再將所得溶液加水稀釋為500mL,計算該溶液的物質的量濃度.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

6.物質(t-BuNO)2在正庚烷溶劑中發生如下反應:(t-BuNO)2?2(t-BuNO)
(1)當(t-BuNO)2的起始濃度c0為0.50mol•L-1時,實驗測得20℃時的平衡轉化率a是65%.列式計算20℃時上述反應的平衡常數K=2.41.
(2)一定溫度下,隨著(t-BuNO)2的起始濃度增大,其平衡轉化率減小(填“增大”“不變”或“減小”).已知20℃時該反應在CCl4溶液中的平衡常數為1.9,若將反應溶液正庚烷改成CCl4,并保持(t-BuNO)2起始濃度相同,則它在CCl4溶劑中的平衡轉化率小于(填“大于”“等于”或“小于”)其在正庚烷溶液中的平衡轉化率.
(3)實驗測得該反應的△H=50.5kJ.mol-1,活化能Ea=90.4kJ.mol-1.下列能量關系圖合理的是D.

(4)該反應的△S>0(填“>”“<”或“=”).在較高(填“較高”或“較低”)溫度下有利于該反應自發進行.
(5)隨著該反應的進行,溶液的顏色不斷變化,分析溶液顏色與反應物(或生成物)濃度的關系(即比色分析),可以確定該化學反應的速率.用于比色分析的儀器是C.
A.pH計       B.元素分析儀    C.分光光度計     D.原子吸收光譜儀.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

3.無水AlCl3是一種重要的有機合成催化劑,該物質在183℃時升華,遇潮濕空氣即產生大量白霧.某中學化學興趣小組擬利用中學常見儀器設計實驗制備無水AlCl3,實驗裝置如圖所示.

請回答下列問題:
(1)制備實驗開始時,先檢查裝置的氣密性,接下來的操作依次是acbd.
a.加入MnO2粉末        b.點燃A中酒精燈    c.加入濃鹽酸       d.點燃D處酒精燈
(2)寫出A裝置中發生反應的化學方程式MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O.
(3)裝置B中的試劑是飽和食鹽水,其作用是:除去氯氣中的氯化氫氣體.
(4)該裝置存在主要安全隱患是D、E間導管易發生堵塞.
(5)甲同學認為F和G可以用一種儀器替代,且加入一種藥品即可達到相同效果,這種藥品可以是堿石灰或氧化鈣.
(6)E中得到少量白色粉末,打開軟木塞后可明顯觀察到錐形瓶中有白霧生成,用化學方程式表示其原因AlCl3+3H2O=Al(OH)3+3HCl↑.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

10.今有一混合物的水溶液,只可能含有以下離子中的若干種:K+、NH4+、Cl-、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-,為了確定溶液中所含離子及其物質的量濃度,某同學設計實驗如下:取三份100mL上述水溶液進行如下實驗:
①第一份加入AgNO3溶液有沉淀產生.
②第二份加入足量NaOH溶液,加熱,收集到氣體896mL(標準狀況)
③第三份加入足量BaCl2溶液后,得干燥沉淀6.27g,經足量鹽酸洗滌、干燥后,沉淀質量為2.33g.根據上述實驗,請回答:
(1)溶液中肯定存在的離子是NH4+、SO42-、CO32-、K+;哪些離子的濃度能確定,分別是NH4+、0.4mol/L,SO42-、0.1mol/L,CO32-、0.2mol/L;
(2)肯定不存在的離子是Mg2+、Ba2+,理由是Mg2+、Ba2+與CO32-,Ba2+與SO42-不能共存;
(3)可能存在的離子是Cl-,如何確定?先加過量Ba(NO32溶液,取上層清液,加酸化的AgNO3溶液,若有白色沉淀說明有Cl-,否則無Cl-

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

20.己二酸是合成尼龍-66的主要原料之一.實驗室合成己二酸的原理、有關數據及裝置示意圖如圖表:

物質密度(g/cm3熔點沸點溶解性
環己醇0.962g/cm325.9℃160.8℃20℃時水中溶解度為3.6g,可混溶于乙醇、苯
己二酸1.360g/cm3152℃337.5℃在水中的溶解度:15℃時1.44g,25℃時2.3g,易溶于乙醇、不溶于苯
實驗步驟如下:
Ⅰ.在三口燒瓶中加入16mL 50%的硝酸(密度為l.3lg/cm3),再加入1~2粒沸石,滴液漏斗中盛放有5.4mL環己醇.
Ⅱ.水浴加熱三口燒瓶至50℃左右,移去水浴,緩慢滴加5~6滴環己醇,搖動三口燒瓶,觀察到有紅棕色氣體放出時再慢慢滴加剩下的環己醇,維持反應溫度在60℃~65℃之間.
Ⅲ.當環己醇全部加入后,將混合物用80℃一90℃水浴加熱約10min(注意控制溫度),直至無紅棕色氣體生成為止.
Ⅳ.趁熱將反應液倒入燒杯中,放入冰水浴中冷卻,析出晶體后過濾、洗滌、干燥、稱重.
請回答下列問題:
(1)本實驗所用50%的硝酸物質的量濃度為10.4 mol/L.滴液漏斗的細支管a的作用是平衡滴液漏斗與三口燒瓶內的氣壓,使環己醇能夠順利流下.
(2)儀器b的名稱為球形冷凝管(或冷凝管).,使用時要從下口(填“上口”或“下口”)通入冷水.
(3)NaOH溶液的作用是吸收NO2,防止污染空氣,溶液上方倒扣的漏斗作用是防止液體倒吸.
(4)向三口燒瓶中滴加環己醇時,反應溫度迅速上升,為使反應溫度不致過高,必要時可采取的措施是將三口燒瓶置于冷水浴中.
(5)進行該實驗時要控制好環己醇的滴入速率,防止反應過于劇烈,否則可能造成較嚴重的后果,試列舉兩條可能的后果:反應液暴沸沖出冷凝管;放熱過多可能引起爆炸;產生的二氧化氮氣體來不及被堿液吸收而外逸到空氣中.
(6)為了除去可能的雜質和減少產品損失,可分別用冰水和苯洗滌晶體.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

7.汽車作為一種現代交通工具正在進入千家萬戶,汽車尾氣中含有CO、NO2等有毒氣體,其污染問題也成為當今社會急需解決的問題.
Ⅰ.對汽車加裝尾氣凈化裝置,可使CO、NOx有毒氣體相互反應轉化為無毒氣體.2xCO+2NOx═2xCO2+N2.當轉移電子物質的量為0.8x mol時,該反應生成4.48LLN2(標準狀況下).
Ⅱ.一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎原料.可以還原金屬氧化物,可以用來合成很多有機物如甲醇(CH3OH)、二甲醚(CH3OCH3)等,還可以作燃料.
(1)在壓強為0.1MPa條件下,將amolCO與3amolH2的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0;
①該反應的平衡常數表達式為$\frac{c(CH{\;}_{3}OH)}{c(CO)c{\;}^{2}(H{\;}_{2})}$.
②若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產率的是BD.
A.升高溫度 B.將CH3OH(g)從體系中分離  C.充入He,使體系總壓強增大 D.再充入1molCO和3molH2
(2)已知:①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-90.7kJ•mol-1
②2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ•mol-1
③CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ•mol-1
則3CO(g)+3H2(g)═CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=-246.1KJ•mol-1
(3)CO-空氣燃料電池中使用的電解質是摻雜Y2O3的ZrO2晶體,它在高溫下能傳導O2-.該電池負極的電極反應式為CO-2e-+O2-=CO2
(4)甲醇也是新能源電池的燃料,但它對水質會造成一定的污染.有一種電化學法可消除這種污染.其原理是:2滴甲醇,1mL1.0mol•L-1硫酸,4mL0.1mol•L-1硫酸鈷(CoSO4)混合溶液,插上兩根惰性電極,通電后,將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化.實驗室用如圖裝置模擬上述過程:
①檢驗電解時產生的CO2氣體,井穴板穴孔內應盛放澄清石灰水溶液.
②寫出凈化甲醇的離子方程式6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+

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科目:高中化學 來源: 題型:填空題

4.設NA為阿伏加德羅常數,已知a g某氣體中含分子數為b,且該氣體的摩爾質量為$\frac{a{N}_{A}}$g/mol.

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科目:高中化學 來源: 題型:填空題

5.2015年5月5日,北京開啟“燒烤”模式,氣溫高達 35℃,臭氧代替 PM2.5 坐上大氣 污染物的“頭把交椅”.汽車和工業廢氣中的氮氧化物因經光化學反應可形成臭氧而被列入北京的污染物排放源清單.氮氧化物處理通常有下列途徑:
(1)在汽車排氣管內安裝催化轉化器,可將汽車尾氣中主要污染物轉化為無毒的大氣循環物質
①反應 2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)能夠自發進行,則該反應的△H<0(填“>”或“<”).
②根據傳感器記錄某溫度下 NO、CO 的反應進程,測量所得數據繪制出圖 1.前1S內平均反應速率v(N2)=2.7×10-4mol/(L.s);第 2S時的X值范圍25.2<X<30.6.
③在一定溫度下,向體積為VL的密閉容器中充入一定量的NO和CO.在t1時刻達到平衡
狀態,此時 n(CO)=amol,n(NO)=2amol,n(N2)=bmol.若保持體積不變,再向容器中充 入 n(CO2)=bmol,n(NO)=amol,則此時 v 正=v逆(填“>”、“=”或“<”);
④在t2時刻,將容器迅速壓縮到原容積的$\frac{1}{2}$,在其它條件不變的情況下,t3時刻達到新的平衡狀態.請在圖2中補充畫出t2-t3-t4時段N2物質的量的變化曲線.
(2)煙氣中含有的氮氧化物(NOx)可與甲烷在一定條件下反應轉化為無害成分,從而消除污染.
已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)K1△H=a kJ•mol-1;N2(g)+O2(g)═2NO(g)K2△H=b kJ•mol-1;
CH4脫硝的熱化學方程式為 CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l)△H=(a-2b)kJ•mol-1; 平衡常數K=$\frac{{K}_{1}}{{{K}_{2}}^{2}}$(K用 K1、K2表示)
(3)C2H4也可用于煙氣脫硝.為研究溫度、催化劑中 Cu2+負載量對其NO去除率的影響,控制其他條件一定實驗結果如圖3所示.為達到最高的NO去除率,應選擇的反應溫度和Cu2+負載量分別是350℃、負載率3%.
(4)工業尾氣中氮的氧化物常采用堿液吸收法處理.NO2被足量純堿溶液完全吸收后得到兩種鈉鹽,同時產生CO2.請寫出NO2與純堿反應的化學方程式:Na2CO3+2NO2═NaNO3+NaNO2+CO2

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