综合题15.0分
化学

近年来全国各地长期被雾霾笼罩,雾霾颗粒中汽车尾气占20%以上。已知汽车尾气中的主要污染物为NOx、CO、超细颗粒(PM2.5)等有害物质。目前,已研究出了多种消除汽车尾气污染的方法。

20.催化剂存在时用H2将NO还原为N2。

图1是一定条件下H2还原NO生成N2和1 mol水蒸气的能量变化示意图, 写出该反应的热化学方程式 ▲ 。(ΔH用E1、E2、E3表示)

21.工业上可采用CO和H2合成甲醇,发生反应为

(I)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0

在恒容密闭容器里按体积比为1∶2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是 ▲ 。

22.在汽车上安装三元催化转化器可实现反应:(Ⅱ)2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) △H<0 。则该反应在 ▲ (填―高温‖、―低温‖或―任何温度‖)下能自发进行。

23.将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应(Ⅱ),经过相同时间内测量逸出气体中NO的含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图2所示。

以下说法正确的是 ▲

24.在某温度下,2 L密闭容器中充入NO、CO各0.4 mol进行反应(Ⅱ),测得NO物质的量变化如图3所示,5分钟末反应达到平衡,该反应的平衡常数K= ▲ 。第6分钟继续加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和0.3 mol N2,请在图3中画出到9分钟末反应达到平衡NO的物质的量随时间的变化曲线。

图3

25.NOx是大气污染物之一,科学家们在尝试用更科学的方法将NOx脱氮转化成无毒的N2,减少对大气的污染。下列物质可能作为脱氮剂的是 ▲

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O (g) ΔH =2(E1-E2)kJ·mol-1

解析

根据H2还原NO生成N2和1 mol水蒸气的能量变化示意图可知此反应为放热反应, 反应的热化学方程式:2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O (g) ΔH =2(E1-E2)kJ·mol-1

考查方向

本题考查了热化学方程式书写,化学平衡影响因素分析判断和有关计算,图象分析理解及氧化还原反应的应用。

解题思路

根据H2还原NO生成N2和1 mol水蒸气的能量变化示意图可知此反应为放热反应, 反应的热化学方程式:2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O (g) ΔH =2(E1-E2)kJ·mol-1

易错点

1、化学平衡影响因素分析判断及计算

2、图象分析理解应用

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

A

解析

化学平衡的标志是正逆反应速率相等,当逆反应速率大于正反应速率时,说明反应是逆向进行的,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H<0;

A.正反应速率先增大后减小,说明反应正向进行,故A正确;              

B.逆反应速率先增大后减小,说明反应逆向进行,故B错误;

C.化学平衡常数K值增大,说明平衡正向进行,故C正确;                

D.反应物的体积百分含量增大,可能逆向进行,也可能正向进行,不能说明反应正向进行,故D错误;

E.恒容容器中加入生成物,平衡逆向进行,气体质量增大,条件不变,混合气体的密度增大,故E错误;故答案:AC

考查方向

本题考查了热化学方程式书写,化学平衡影响因素分析判断和有关计算,图象分析理解及氧化还原反应的应用。

解题思路

化学平衡的标志是正逆反应速率相等,当逆反应速率大于正反应速率时,说明反应是逆向进行的,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H<0;

A.正反应速率先增大后减小,说明反应正向进行,故A正确;              

B.逆反应速率先增大后减小,说明反应逆向进行,故B错误;

C.化学平衡常数K值增大,说明平衡正向进行,故C正确;                

D.反应物的体积百分含量增大,可能逆向进行,也可能正向进行,不能说明反应正向进行,故D错误;

E.恒容容器中加入生成物,平衡逆向进行,气体质量增大,条件不变,混合气体的密度增大,故E错误;故答案:AC

易错点

1、化学平衡影响因素分析判断及计算2、图象分析理解应用

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

低温

解析

由题意2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) △H<0 ;△H<0,而△S>0可知化学反应能否自发进行,取决于焓变和熵变的综合判据,当△G=△H-T△S<0时,反应能自发进行,所以温度低能自发反应,故答案:低温

考查方向

本题考查了热化学方程式书写,化学平衡影响因素分析判断和有关计算,图象分析理解及氧化还原反应的应用。

解题思路

由题意2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) △H<0 ;△H<0,而△S>0可知化学反应能否自发进行,取决于焓变和熵变的综合判据,当△G=△H-T△S<0时,反应能自发进行,所以温度低能自发反应,故答案:低温

易错点

1、化学平衡影响因素分析判断及计算

2、图象分析理解应用

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

D

解析

对于可逆反应2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) △H<0 ,本题考查脱氮率即NO的转化率影响,即是外界条件对化学平衡的影响

A选项,图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较,催化剂对化学平衡无影响,错误

B选项,反应为2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) △H<0体积减小的反应,增大压强平衡向正向反应方向移动,有影响,故D错误

C选项,图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较,最高点为催化剂活性最大的状态,与平衡转化率无关,故C错误;

D选项,最高点为催化剂活性最大的状态,也是催化剂最适宜的温度,故D正确。

A选项不正确,B选项不正确,C选项不正确,所有选D选项。

考查方向

本题考查了热化学方程式书写,化学平衡影响因素分析判断和有关计算,图象分析理解及氧化还原反应的应用。

解题思路

对于可逆反应2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) △H<0 ,本题考查脱氮率即NO的转化率影响,即是外界条件对化学平衡的影响

A选项,图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较,催化剂对化学平衡无影响,错误

B选项,反应为2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) △H<0体积减小的反应,增大压强平衡向正向反应方向移动,有影响,故D错误

C选项,图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较,最高点为催化剂活性最大的状态,与平衡转化率无关,故C错误;

D选项,最高点为催化剂活性最大的状态,也是催化剂最适宜的温度,故D正确。

A选项不正确,B选项不正确,C选项不正确,所有选D选项。

易错点

1、化学平衡影响因素分析判断及计算

2、图象分析理解应用

第5小题正确答案及相关解析

正确答案

5 作图如右所示

解析

反应的平衡常数K=生成物浓度幂之积/反应物浓度幂之积,本题利用化学平衡计算三步分析法可算出平衡时各物质的浓度。起始c(NO)=c(CO)=0.4mol/2L=0.2mol/L

由图像可知平衡时c(NO)=0.2mol/2L=0.1 mol/L

2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g)

起始浓度(mol/L)  0.2     0.2      0      0

变化浓度(mol/L)   2X      2X      X      2X

平衡浓度(mol/L)  0.2-X   0.2-X    X      2X

可算出X=0.05mol/L,c(CO)=0.1 mol/L ,c(N2)=0.05 mol/L ,c(CO2)=0.1 mol/L

其平衡常数K===5;

第6分钟继续加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和0.3 mol N2 后其浓度分别为

c(CO)=0.2 mol/L ,c(CO)=0.2 mol/L ,c(N2)=0.2 mol/L ,c(CO2)=0.2 mol/L

Q=

考查方向

本题考查了热化学方程式书写,化学平衡影响因素分析判断和有关计算,图象分析理解及氧化还原反应的应用。

解题思路

反应的平衡常数K=生成物浓度幂之积/反应物浓度幂之积,本题利用化学平衡计算三步分析法可算出平衡时各物质的浓度。起始c(NO)=c(CO)=0.4mol/2L=0.2mol/L

由图像可知平衡时c(NO)=0.2mol/2L=0.1 mol/L

2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g)

起始浓度(mol/L)  0.2     0.2      0      0

变化浓度(mol/L)   2X      2X      X      2X

平衡浓度(mol/L)  0.2-X   0.2-X    X      2X

可算出X=0.05mol/L,c(CO)=0.1 mol/L ,c(N2)=0.05 mol/L ,c(CO2)=0.1 mol/L

其平衡常数K===5;

第6分钟继续加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和0.3 mol N2 后其浓度分别为

c(CO)=0.2 mol/L ,c(CO)=0.2 mol/L ,c(N2)=0.2 mol/L ,c(CO2)=0.2 mol/L

Q=

易错点

1、化学平衡影响因素分析判断及计算

2、图象分析理解应用

第6小题正确答案及相关解析

正确答案

A

解析

将NOx脱氮转化成无毒的N2从化合价分析可知,N元素从+2x价降为0价,作氧化剂,其脱氮剂元素化合价要升高,作还原剂。NH3 中N的化合价为-3最低价,可升高,CH4 中C化合价-4最低价,可升高,KMnO4具有很强氧化性Mn元素最高价,所以错误,尿素[CO(NH2)2]中C、N化合价可升高,因此答案是NH3、CH4 、尿素,故答案为ABD。

考查方向

本题考查了热化学方程式书写,化学平衡影响因素分析判断和有关计算,图象分析理解及氧化还原反应的应用。

解题思路

将NOx脱氮转化成无毒的N2从化合价分析可知,N元素从+2x价降为0价,作氧化剂,其脱氮剂元素化合价要升高,作还原剂。NH3 中N的化合价为-3最低价,可升高,CH4 中C化合价-4最低价,可升高,KMnO4具有很强氧化性Mn元素最高价,所以错误,尿素[CO(NH2)2]中C、N化合价可升高,因此答案是NH3、CH4 、尿素,故答案为ABD。

易错点

1、化学平衡影响因素分析判断及计算

2、图象分析理解应用