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(zhì)構(gòu)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(yè)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(shí)生成硫化鉀、氮?dú)夂投�氧化碳。黑火藥爆炸的化學(xué)方程式為____________。若有15g木炭參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為____________。

（2）工業(yè)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(zhì)。

①已知幾個(gè)反應(yīng)的熱化學(xué)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(chǎn)炭黑的熱化學(xué)方程式為____________。

②右圖是溫度對天然氣生產(chǎn)炭黑轉(zhuǎn)化率的影響，下列有關(guān)說法正確的是____________。

A. 甲烷裂解屬于吸熱反應(yīng)

B. 增大體系壓強(qiáng)，能提高甲烷的轉(zhuǎn)化率

C. 在反應(yīng)體系中加催化劑，反應(yīng)速率增大

D. 升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)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(fā)生反應(yīng)C（s）+ 2NO（g） N2（g）+CO2（g），測得不同時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的物質(zhì)的量如下表：

物質(zhì)的量/mol 時(shí)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(yīng)的平衡常數(shù)K=____________ (保留兩位小數(shù))。10~20min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率為____________；若30 min后升高溫度，達(dá)到新平衡時(shí)，容器中c(NO)∶c(N2)∶c(CO2)=2∶1∶1，則該反應(yīng)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(zhì)量相同、鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的鐵炭混合物對水中span>Cu2+和Pb2+的去除率，結(jié)果如圖所示。當(dāng)混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，其原因是____________；當(dāng)混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%時(shí)，隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，混合物中微電池?cái)?shù)目減少

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

該反應(yīng)中3molC參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為12mol，所以15g木炭參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為=。

(2) ①這三個(gè)反應(yīng)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(chǎn)炭黑的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，說明甲烷裂解是吸熱反應(yīng)，則A正確；這是一個(gè)氣體體積增大的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)，反應(yīng)向逆向進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率是降低的，故B錯(cuò)誤；催化劑能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，所以C正確；甲烷裂解是一個(gè)吸熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)是增大的，故D錯(cuò)誤。所以正確答案為AC。

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

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(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在減少，一方面鐵與炭形成的微電池?cái)?shù)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。