5.碳、氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用.請回答下列問題:
(1)用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染.例如:
CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•molˉ1
CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2
若2mol CH4還原NO2至N2,整個過程中放出的熱量為1734kJ,則△H2=-1160kJ•mol-1
(2)據(jù)報道,科學(xué)家在一定條件下利用Fe2O3與甲烷反應(yīng)可制取“納米級”的金屬鐵.其反應(yīng)為:Fe2O3(s)+3CH4(g)?2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)△H>0
①若反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行,1min后達(dá)到平衡,測得Fe2O3在反應(yīng)中質(zhì)量減少3.2g.則該段時間內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為0.012mol/(L•min)
②若該反應(yīng)在恒溫恒容容器中進(jìn)行,能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD
A.CH4的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率
B.混合氣體的密度不變
C.v(CO)與v(H2)的比值為1:2
D.固體的總質(zhì)量不變
③該反應(yīng)達(dá)到平衡時某物理量隨溫度變化如圖1所示,當(dāng)溫度由T1升高到T2時,平衡常數(shù)KA<KB(填“>”、“<”或“=”).縱坐標(biāo)可以表示的物理量有哪些BC
A.H2的逆反應(yīng)速率
B.CH4的體積分?jǐn)?shù)
C.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量
D.CO的體積分?jǐn)?shù)
(3)若往20mL 0.0lmol•L-l的弱酸HNO2溶液中逐滴加入一定濃度的燒堿溶液,測得混合溶液的溫度變化如圖2所示,下列有關(guān)說法正確的是②③
①該燒堿溶液的濃度為0.02mol•L-1
②該燒堿溶液的濃度為0.01mol•L-1
③HNO2的電離平衡常數(shù):b>a
④從b點(diǎn)到c點(diǎn),混合溶液中一直存在:
c(Na+)>c(NO2-)>c(OH)>c(H+

分析 (1)根據(jù)蓋斯定律以及熱化學(xué)方程式的意義來解答;
(2)①結(jié)合題干計算鐵物質(zhì)的量,根據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計算甲烷消耗的物質(zhì)的量,依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計算得到;
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,正逆反應(yīng)速率相等,各組分濃度保持不變,據(jù)此分析;
③該反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積增大的吸熱反應(yīng),升溫平衡正向移動,據(jù)此分析;
(3)①②HNO2是弱酸,次氯酸電離是吸熱反應(yīng),酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng),當(dāng)恰好完全中和時放出熱量最多,據(jù)此確定c(NaOH);
③電離吸熱,溫度越高電離平衡常數(shù)越大;
④當(dāng)c(NaOH)較大時,可能出現(xiàn):c(Na+)>c(OH-)>c(NO2-)>c(H+).

解答 解:(1)CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2
根據(jù)蓋斯定律得:2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)+2N2(g)△H1+△H2
而 1mol CH4還原NO2至N2,整個過程中放出的熱量為867kJ,所以△H1+△H2=-1734kJ•mol-1,則△H2=-1734kJ•mol-1+574kJ•mol-1=-1160 kJ•mol-1,
故答案為:-1160kJ•mol-1;
(2)①若反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行,1min后達(dá)到平衡,測得Fe2O3在反應(yīng)中質(zhì)量減少3.2g的物質(zhì)的量=$\frac{3.2g}{160g/mol}$=0.02mol,結(jié)合化學(xué)方程式,F(xiàn)e2O3(s)+3CH4(g)═2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g),計算反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量為0.06mol,則該段時間內(nèi)CH4的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{0.06mol}{5L}}{1min}$=0.012mol/(L•min);
故答案為:0.012mol/(L•min);
②A.CH4的轉(zhuǎn)化率與CO的產(chǎn)率與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無關(guān),故A錯誤;
B.反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量和質(zhì)量都不同,所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故B正確;
C、v(CO)與v(H2)的比值始終不變,所以其不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故C錯誤;
D、固體的總質(zhì)量不變,說明正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故D正確;
故答案為:BD;
③Fe2O3(s)+3CH4(g)═2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)△H>0,反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng),升溫平衡正向移動,平衡常數(shù)增大,KA<KB;
A.H2的逆反應(yīng)速率隨溫度的升高而增大,故A錯誤;
B.升溫平衡正向移動,CH4的體積分?jǐn)?shù)減小,故B正確;
C.升溫平衡正向移動,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小,故C正確;
D.升溫平衡正向移動,CO的體積分?jǐn)?shù)增大,故D錯誤;
故答案為:<;BC;
(3)①HNO2是弱酸,次氯酸電離是吸熱反應(yīng),酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng),當(dāng)恰好完全中和時放出熱量最多,c(NaOH)=$\frac{0.020L×0.01mol/L}{0.020L}$=0.01mol/L;
故①錯誤,②正確;
③電離吸熱,溫度越高電離平衡常數(shù)越大,所以HNO2的電離平衡常數(shù):b點(diǎn)>a點(diǎn),故③正確;
④從b點(diǎn)到c點(diǎn),當(dāng)C(NaOH)較大時,可能出現(xiàn):c(Na+)>c(OH-)>c(NO2-)>c(H+),故錯誤;
故答案為:②③.

點(diǎn)評 本題綜合考查學(xué)生有關(guān)電化學(xué)、熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的有關(guān)計算等知識,綜合性較強(qiáng),難度大.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.下列有關(guān)鈉及其化合物的說法中,不正確的是( 。
A.鈉質(zhì)軟,可用小刀切割
B.鈉在空氣中燃燒生成白色的過氧化鈉
C.熱的純堿溶液可以除去銅片表面的油污
D.碳酸氫鈉是焙制糕點(diǎn)所用發(fā)酵粉的主要成分之一

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

16.將1.12g鐵粉加到25mL 2mol•L-1的氯化鐵溶液中,完全反應(yīng)后,其結(jié)果是( 。
A.溶液中n(Fe2+)與n(Fe3+)之比為6:1
B.氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2:5
C.鐵有剩余,溶液呈淺綠色,c(Cl-)基本不變
D.往溶液中滴加無色KSCN溶液,不變色

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

13.下列各組離子能在指定溶液中大量共存的是(  )
A.pH=14的溶液中:CO32-、Na+、S2-、AlO2-
B.室溫下水電離的c(H+)=10-13mol/L的溶液:K+、HCO3-、Br-、Ba2+
C.室溫下$\frac{c({H}^{+})}{c(O{H}^{-})}$=1012的溶液中:Fe2+、Al3+、NO3-、I-
D.無色溶液中:Al3+、NH4+、Cl?、HCO3?

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

20.下列說法正確的是(  )
A.將金屬A投入B的鹽溶液,A溶解說明A的金屬性比B的金屬性強(qiáng)
B.氯堿工業(yè)和金屬鈉的冶煉都用到了NaC1,在電解時它們的陰極都是Na+得電子
C.向硫酸溶液中加入適量氨水,當(dāng)溶液中c(SO42-)=c(NH4+)時,溶液呈酸性
D.等物質(zhì)的量濃度的下列溶液中①NH4Cl ②NH4Al(SO42 ③NH3•H2O ④CH3COONH4,c(NH4+)由大到小的順序是:①>②>③>④

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

10.下列說法正確的是(  )
A.SO2使紫色石蕊溶液變紅色:SO2+H2O═2H++SO32-
B.在任何條件下都不能發(fā)生Cu+H2SO4═CuSO4+H2↑反應(yīng)
C.FeCl3、Na2O2、Cu2S均可由相應(yīng)單質(zhì)直接化合生成
D.濃度和體積相同的FeBr2、FeI2溶液中,分別通入少量氯氣都首先發(fā)生置換反應(yīng)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

17.A、B、W、D、E為短周期元素,且原子序數(shù)依次增大,質(zhì)子數(shù)之和為39,B、W同周期,A、D同主族,A、W能形成兩種液態(tài)化合物A2W和A2W2,E元素的周期序數(shù)與主族序數(shù)相等.
(1)E元素在周期表中的位置為第三周期第ⅢA族.W、D、E三種元素的簡單離子的離子半徑由大到小順序為O2->Na+>Al3+(用離子符號表示)
(2)由A、B、W三種元素組成的18電子微粒的電子式為
(3)經(jīng)測定A2W2為二元弱酸,其酸性比碳酸的還要弱,請寫出其第一步電離的電離方程式H2O2?H++HO2-,常用硫酸處理BaO2來制備A2W2,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式BaO2+H2SO4=BaSO4↓+H2O2
(4)元素D的單質(zhì)在一定條件下,能與A單質(zhì)化合生成一種化合物DA,熔點(diǎn)為800℃,DA能與水反應(yīng)放氫氣,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaH+H2O=NaOH+H2↑.
(5)D的某化合物呈淡黃色,可與氯化亞鐵溶液反應(yīng).若淡黃色固體與氯化亞鐵反應(yīng)的物質(zhì)的量之比為1:2,且無氣體生成,則該反應(yīng)的離子方程式為3Na2O2+6Fe2++6H2O=4Fe(OH)3↓+6Na++2Fe3+

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

14.SO2通入足量Fe(NO33稀溶液中,溶液由棕色變?yōu)闇\綠色,但立即又變?yōu)樽攸S色,這時若滴入BaCl2溶液,會產(chǎn)生白色沉淀,針對上述一系列變化過程中,下列說法中不正確的是(  )
A.上述過程中,最終被還原的是NO3-
B.從上述過程中可以得出結(jié)論,氧化性:HNO3>稀H2SO4>Fe3+
C.上述過程中,會產(chǎn)生一種無色無味的難溶于水的氣體
D.若通入的SO2完全反應(yīng),則同溫同壓下,SO2和逸出氣體的體積為3:2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

13.水的電離平衡曲線如圖所示,若以A點(diǎn)表示25℃時水的電離達(dá)平衡時的離子濃度,B點(diǎn)表示100℃時水的電離達(dá)平衡時的離子濃度,則下列說法正確的是( 。
A.改變條件使純水的pH值減小,其酸性增強(qiáng)
B.100℃時某溶液中由水電離產(chǎn)生的c(H+)=1×10-11 mol•L-1,則該溶液的pH可能是11或3
C.將pH=9的Ba(OH)2溶液與pH=4的稀鹽酸混合,并保持100℃的恒溫,混合溶液的pH=7,則Ba(OH)2溶液和鹽酸的體積比為10:1
D.100℃時,pH值均為8的醋酸鈉和氨水兩溶液中,水的電離程度之比為104:1

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