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1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________。

x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2所示：

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_______；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轉化為丙烯的原理如圖3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 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 20% 4 a 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O

【解析】

(1)根據蓋斯定律進行分析；

(2)①該溫度下，25 min時反應處于平衡狀態，平衡時c(N2)=1 mol/L、c(H2)=3 mol/L、c(NH3)=2 mol/L，帶入平衡常數表達式計算；在該溫度下，若向同容積的另一容器中投入N2、H2和NH3，其濃度均為3mol/L，計算出濃度商Qc，將計算結果與平衡常數K比較判斷分析進行方向；

②N2的初始濃度為2mol/L，且濃度逐漸減小，據此判斷；起始充入4 mol N2和12 mol H2，相當于將充入2.00 mol N2和6.00 mol H2的兩個容器“壓縮”為一個容器，假設平衡不移動，則平衡時c(H2)=6 mol/L，而“壓縮”后壓強增大，反應速率加快，平衡正向移動，據此可知平衡時3 mol/L<c(H2)<6 mol/L，且達到平衡的時間縮短；

(3)①結合外界條件對反應速率、平衡狀態的影響以及三段式計算得到；

②根據三段式計算Kp；

(4)①燃料電池中負極通燃料，正極通氧氣；

②太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，丙烯在陰極生成。

(1)已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ/mol；

②2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221.0kJ/mol；

③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol，根據蓋斯定律③×2-②-①可得：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol；

(2)①該溫度下，25 min時反應處于平衡狀態，平衡時c(N2)=1 mol/L、c(H2)=3 mol/L、c(NH3)=2 mol/L，則K==；在該溫度下，若向同容積的另一容器中投入N2、H2和NH3，其濃度均為3 molL-1，則Qc==<K，反應正向進行，故v正大于v逆；

②N2的初始濃度為2mol/L，且濃度逐漸減小，圖象中曲線乙符合；起始充入4 mol N2和12 mol H2，相當于將充入2.00 mol N2和6.00 mol H2的兩個容器“壓縮”為一個容器，假設平衡不移動，則平衡時c(H2)=6 mol/L，而“壓縮”后壓強增大，反應速率加快，平衡正向移動，故平衡時3 mol/L<c(H2)<6 mol/L，且達到平衡的時間縮短，故對應的點為B；

(3)①1050 kPa 前，反應b中NO2轉化率隨著溫度升高而增大的原因是，在1050kPa前反應未達平衡狀態，隨著溫度升高，反應速率加快，物質的轉化率增大；在1100kPa時NO轉化率40%，結合三段式計算列式得到；

C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

起始量(mol) 2 0 0

變化量(mol) 2×0.4=0.8 0.4 0.4

平衡量(mol) 1.2 0.4 0.4

CO2的體積分數=×100%=20%；

②在1050K、1.1×106Pa時，NO的轉化率為80%，則

C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

起始量(mol) 2 0 0

變化量(mol) 2×80%=1.6 0.8 0.8

平衡量(mol) 0.4 0.8 0.8

可知平衡時p(NO)=0.2P總，p(N2)=0.4p總，p(CO2)=0.4p總，Kp==4；

(4)①在燃料電池中，負極通燃料，正極通氧氣，故a是負極，b為正極；

②電解時，二氧化碳在b極上生成丙烯，得到電子的一極為電源的正極，則生成丙烯的電極反應式為：3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O。