Question

【題目】木炭、活性炭、炭黑、焦炭是由石墨的微小晶體和少量雜質構成的，均屬混合物。沒有固定的幾何外形，所以稱為無定形碳，在工業上有著重要用途。回答下列問題：

（1）木炭與硫黃、火硝（硝酸鉀）按一定比例混合即為黑火藥。黑火藥爆炸時生成硫化鉀、氮氣和二氧化碳。黑火藥爆炸的化學方程式為____________。若有15g木炭參加反應，轉移電子數為____________。

（2）工業上的炭黑是由烴類裂解而制得的高度分散性的黑色粉末狀物質。

①已知幾個反應的熱化學方程式：

C(s)+O2 (g)CO2(g) ΔH1=393.5 kJmol1

2H2(g)+O2 (g)2H2O(1) ΔH2=571.6 kJmol1

CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+ 2H2O(1) ΔH3=890.3 kJmol1

則由天然氣生產炭黑的熱化學方程式為____________。

②右圖是溫度對天然氣生產炭黑轉化率的影響，下列有關說法正確的是____________。

A. 甲烷裂解屬于吸熱反應

B. 增大體系壓強，能提高甲烷的轉化率

C. 在反應體系中加催化劑，反應速率增大

D. 升高溫度，該反應的平衡常數減小

（3）活性炭可以用來凈化氣體和液體。

①用活性炭還原氮氧化物，可防止空氣污染。向1 L密閉容器加入一定量的活性炭和NO，某溫度下發生反應C（s）+ 2NO（g） N2（g）+CO2（g），測得不同時間內各物質的物質的量如下表：

物質的量/mol 時間/min	NO	N2	CO2
0	0.200	0	0
10	0.116	0.042	0.042
20	0.080	0.060	0.060
30	0.080	0.060	0.060

此溫度下，該反應的平衡常數K=____________ (保留兩位小數)。10~20min內，NO的平均反應速率為____________；若30 min后升高溫度，達到新平衡時，容器中c(NO)∶c(N2)∶c(CO2)=2∶1∶1，則該反應的ΔH____________0(填“>”、“<”或“=”)。

②活性炭和鐵屑混合可用于處理水中污染物。在相同條件下，測量總質量相同、鐵的質量分數不同的鐵炭混合物對水中span>Cu2+和Pb2+的去除率，結果如圖所示。當混合物中鐵的質量分數為0時，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，其原因是____________；當混合物中鐵的質量分數大于50%時，隨著鐵的質量分數的增加，Cu2+和Pb2+的去除率不升反降，其主要原因是____________。

Answer 1

【答案】 2KNO3+ S + 3C = K2S + N2↑+3CO2↑ 5NA CH4(g)C(s) +2H2(g) ΔH =+74.8kJmol1 A C 0.56 0.0036molL1min1 ＜ 活性炭對Cu2+和Pb2+有吸附作用 炭的質量分數減少，混合物中微電池數目減少

【解析】(1)根據題目描述可得，黑火藥爆炸的化學方程式為2KNO3+ S + 3C = K2S + N2↑+3CO2↑。

該反應中3molC參加反應，轉移電子總數為12mol，所以15g木炭參加反應，轉移電子數為=。

(2) ①這三個反應分別記作①②③，則由③-②-①可得：CH4(g)= C(s)+ 2H2(g) ΔH=+74.8 kJmol1；

②由圖象可知，天然氣生產炭黑的轉化率隨溫度升高而增大，說明甲烷裂解是吸熱反應，則A正確；這是一個氣體體積增大的反應，所以增大壓強，反應向逆向進行，甲烷的轉化率是降低的，故B錯誤；催化劑能加快反應速率，縮短達到平衡的時間，所以C正確；甲烷裂解是一個吸熱反應，所以升高溫度，平衡正向移動，平衡常數是增大的，故D錯誤。所以正確答案為AC。

(3)①30分鐘反應已達平衡，則反應的平衡常數K= =0.56；10~20min內，NO的平均反應速率為ν(NO)= 0.0036 mol/(Lmin)；若30 min后升高溫度，達到新平衡容器中c(NO)∶c(N2)∶c(CO2)=2∶1∶1，此時K1=0.25<K=0.56，所以升高溫度平衡向左移動，則該反應ΔH<0，即是放熱反應；

②活性炭具有吸附作用，可能吸附少量的Cu2+和Pb2+而除去；隨著鐵的質量分數的增加，炭的質量分數在減少，一方面鐵與炭形成的微電池數目在減少，另一方面活性炭的吸附作用也減少了，所以Cu2+和Pb2+的去除率不升反降。