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9.加强汽车尾气、燃煤企业废气的监测和处理,对于减少雾霾具有重要意义.
(1)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度,其装置如图1所示.该电池中O2-可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动,工作时O2-的移动方向b到a(填“从a到b”或“从b到a”),负极发生的电极反应式为CO-2e-+O2-=CO2.
(2)汽车尾气的主要污染物为NO,用H2催化还原NO可以达到消除污染的目的.
已知:2NO(g)?N2(g)+O2(g)△H=-180.5kJ•mol-1
2H2O(l)═2H2(g)+O2(g)△H=+571.6kJ•mol-1
则H2(g)与NO(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式是2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=-752.1kJ•mol-1.
(3)上述消除过程中第一步反应起决定作用,某研究小组模拟研究如下:
向1L恒容密闭容器中充入a mol NO,其浓度与温度和时间的关系如图2所

①T2下,在0~t1时间内,ν(O2)=$\frac{a-b}{2t{\;}_{1}}$mol•L-1•min-1;反应N2(g)+O2(g)?2NO(g)平衡常数K==$\frac{4m{\;}^{2}}{(a-m){\;}^{2}}$(用相关字母表示).
②该反应进行到M点放出的热量小于进行到W点放出的热量 (填”大于””小于”或’等于”);M点时再加入一定量NO,平衡后NO的转化率不变(填”变大””变小”或’不变”)
③反应开始至达到平衡的过程中,容器中下列各项发生变化的是cd(填序号).
a.混合气体的密度         b.混合气体的压强         c.逆反应速率
d.单位时间内,N2和NO的消耗量之比     e.气体的平均相对分子质量
(4)工业上用氨水吸收废气中的SO2.已知NH3•H2O的电离平衡常数Kb=1.8×10-5mol•L-1 H2SO3的电离平衡常数Ka1=1.2×10-2mol•L-1  Ka2=1.3×10-8mol•L-1.在通入废气的过程中
①当恰好形成正盐时,溶液中离子浓度的大小关系为c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+).
②当恰好形成酸式盐时,加入少量NaOH溶液,反应的离子方程式为HSO3-+OH-=SO32-+H2O.

分析 (1)原电池放电时电子从负极流向正极,阴离子向负极移动,负极上一氧化碳失电子和氧离子反应生成二氧化碳;
(2)利用已知反应方程式,结合盖斯定律解答;
(3)①依据图可知T2下,起始时NO浓度为amol/L,在0~t1时间内,NO浓度为bmol/L,则浓度变化量为:(a-b)mol/L,依据速率公式计算V(NO),依据速率之比等于方程式计量系数之比计算ν(O2);
利用三段法列出各组分数据,代入化学平衡常数表达式;
②依据2NO(g)?N2(g)+O2(g)△H=-180.5kJ•mol-1,可知平衡向正向进行程度越大,反应放出热量越多,结合图象判断T1与T2大小关系,判断反应正向进行程度,进而判断反应放出热量多少;2NO(g)?N2(g)+O2(g)为气体系数不变的反应,同温同压同体积可以建立等比等效平衡;
③a.混合气体的总质量不变,容器的体积不变,据此判断;
b.混合气体总的物质的量不变,容器体积不变,据此判断;
c.随反应进行,生成物浓度升高,逆反应速率逐渐升高;
d.随反应进行,反应物浓度降低,正反应速率逐渐降低,生成物的浓度增大,逆反应速率增大,故单位时间内,N2的消耗量减小,NO的消耗量增大;
e.混合气体总的物质的量不变,混合气体的总质量不变,据此判断;
(4)①当恰好形成正盐亚硫酸铵,亚硫酸根离子存在水解,铵根离子存在水解,溶液酸碱性取决于二者水解能力,依据NH3•H2O的电离平衡常数Kb=1.8×10-5mol•L-1 H2SO3的电离平衡常数Ka1=1.2×10-2mol•L-1  Ka2=1.3×10-8mol•L-1.比较Kb(NH4+)与Kb(SO32-)
②氨根离子结合氢氧根离子能力弱于亚硫酸氢根,氢氧化钠少量,先与亚硫酸氢根离子反应.亚硫酸氢铵中加入少量氢氧化钠反应,生成亚硫根离子与水.

解答 解:(1)依据图可知:一氧化空气形成燃料电池,一氧化碳失电子和氧离子反应生成二氧化碳发生氧化反应,电极反应式CO-2e-+O2-=CO2,所以一氧化碳所在极为负极,通入空气的一极为正极,原电池放电时电子从负极流向正极,阴离子向负极移动,所以工作时O2-的移动方向从b到a;
故答案为:b到a;CO-2e-+O2-=CO2;
(2)由①2NO(g)=N2(g)+O2(g)?△H=-180.5kJ•mol-1
②2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)△H=+571.6kJ•mol-1
据盖斯定律,①-②得:2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=-752.1kJ•mol-1,
故答案为:2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=-752.1kJ•mol-1.
(3)①依据图可知T2下,起始时NO浓度为amol/L,在0~t1时间内,NO浓度为bmol/L,则浓度变化量为:(a-b)mol/L,则V(NO)=$\frac{a-b}{{t}_{1}}$mol•L-1•min-1;则V(O2)=$\frac{1}{2}$V(NO)=$\frac{a-b}{2{t}_{1}}$mol•L-1•min-1;
T2下,向1L恒容密闭容器中充入a mol NO,达到平衡时NO物质的量为m,则:

                             2NO(g)?N2(g)+O2(g)
起始浓度(mol/L)      a              0             0
转化浓度                  a-m       0.5(a-m )   0.5(a-m )
平衡浓度                  m           0.5(a-m )    0.5(a-m )

则反应N2(g)+O2(g)?2NO(g)平衡常数:K=$\frac{m{\;}^{2}}{0.5(a-m)×0.5(a-m)}$=$\frac{4m{\;}^{2}}{(a-m){\;}^{2}}$;
故答案为:$\frac{a-b}{2t{\;}_{1}}$;$\frac{4m{\;}^{2}}{(a-m){\;}^{2}}$;
②依据先拐先平,可知T1温度高于T2,而反应为2NO(g)?N2(g)+O2(g)△H=-180.5kJ•mol-1,为放热反应,所以低温时有利于反应正向进行,所以反应进行到M点放出的热量小于进行到W点放出的热量;2NO(g)?N2(g)+O2(g)为气体系数不变的反应,同温同压同体积可以建立等比等效平衡,所以M点时再加入一定量NO,建立等比等效平衡状态,平衡后NO的转化率不变;
故答案为:小于;等于;
③a.混合气体的总质量不变,容器的体积不变,混合气体的密度不变,故a不符合;
b.混合气体总的物质的量不变,容器体积不变,混合气体的压强不变,故b不符合;
c.随反应进行,生成物浓度升高,逆反应速率逐渐升高,故c符合;
d.随反应进行,反应物浓度降低,正反应速率逐渐降低,生成物的浓度增大,逆反应速率增大,故单位时间内,N2的消耗量减小,NO的消耗量增大,单位时间内,N2和NO的消耗量之比减小,故d符合;
e.混合气体总的物质的量不变,混合气体的总质量不变,依据M=$\frac{m}{n}$可知气体的平均相对分子质量为定值,始终不变,故e不符合;
故答案为:cd;
(4)①氨根离子水解平衡常数Kb(NH4+)=$\frac{c(NH{\;}_{3}•{H}_{2}O)c(OH-)c(H{\;}^{+})}{c(N{H}_{4}{\;}^{+})c(OH{\;}^{-})}$=$\frac{K{\;}_{W}}{Kb}$=$\frac{1}{1.8}$×10-13,Kb(SO32-)=$\frac{c(HS{O}_{3}{\;}^{-})c(OH{\;}^{-})c(H{\;}^{+})}{c(S{O}_{3}{\;}^{2}{\;}^{-})c(H{\;}^{+})}$=$\frac{K{\;}_{W}}{Ka{\;}_{2}}$=$\frac{1}{1.3}$×10-6,所以:Kb(SO32-)>Kb(NH4+),亚硫酸根离子水解程度大于氨根离子,所以溶液显碱性,则c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+);
故答案为:c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+);
②亚硫酸氢铵中加入少量氢氧化钠反应,生成亚硫根离子与水,离子方程式:HSO3-+OH-=SO32-+H2O;
故答案为:HSO3-+OH-=SO32-+H2O.

点评 本题为综合题,考查了燃料电池电极反应式的书写、热化学方程式书写、反应速率、平衡常数计算、盐类水解规律的应用,题目综合性强,难度中等,侧重考查学生的计算能力和对化学平衡知识的综合应用能力,注意三段式是解平衡题常用的方法.

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相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

16.氨气是工农业生产中不可或缺的物质,研究制取氨气的机理意义非凡.
(1)在常温、常压、光照条件下,N2在掺有少量Fe2O3的TiO2催化剂表面与水发生下列反应:
N2(g)+3H2O(l)?2NH3(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)△H=a kJ•mol-1.
为进一步研究生成NH3的物质的量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如表:
T/K303313323
n(NH3)/(l0-2 mol)4.85.96.0
此反应的a>0,△S>0.(填“>”“<”或“=”)
(2)一定温度和压强下,在2L的恒容密闭容器中合成氨气:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1.在反应过程中反应物和生成物的物质的量随时间的变化如图所示.

①0~10min内,以NH3表不的平均反应速率为0.005mol•L-1•min-1.
②在10~20min内,NH3浓度变化的原因可能是AB.
A.加入催化剂     B.缩小容器体积       C.降低温度       D.增加NH3的物质的量
③在反应进行至25min时,曲线发生变化的原因是移走0.1molNH3,达到第二次平衡时,新平衡的平衡常数K2=K1(填“>”“<”或“=”)

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.已知苏糖的结构简式为:有关苏糖的说法不正确的是(  )
A.苏糖能发生银镜反应
B.苏糖属于单糖
C.苏糖在一定条件下,能发生加成和取代反应
D.苏糖与葡萄糖互为同分异构体

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科目:高中化学 来源:2016-2017学年四川省高一上10月月考化学试卷(解析版) 题型:选择题

①仅用蒸馏水就可鉴别蔗糖、硫酸铜粉未、碳酸钙粉未;

②用分液漏斗分离甘油和水的混合物;

③稀释浓硫酸时,将浓硫酸沿烧杯壁慢慢注入水中并不断搅拌;

④用玻璃棒蘸取溶液滴在pH试纸中央,测该溶液的pH;

⑤配制一定物质的量浓度的溶液,需要的玻璃仪器只有容量瓶和烧杯;

⑥在250mL烧杯中,加入216mL水和24g NaOH固体,配制10% NaOH溶液。

A. ①②④⑥ B. ①④⑤⑥ C. ①③④⑥ D. ②③④⑤

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.碳酸亚铁(FeCO3)是菱铁矿的主要成分,将FeCO3加热到200℃开始分解为FeO和CO2,若在空气中高温煅烧FeCO3则生成Fe2O3.
Ⅰ.已知25℃,101kPa时:4Fe(s)+3O2(g)═2Fe2O3(s)△H=-1648kJ•mol-1
C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393kJ•mol-1
2FeCO3(s)═2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)△H=+1480kJ•mol-1
(1)请写出FeCO3在空气中煅烧生成Fe2O3的热化学方程式4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ•mol-1.
Ⅱ.生成的FeO和Fe2O3在一定条件下被还原为金属铁.
(2)据报道,一定条件下Fe2O3可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁.其反应为:Fe2O3(s)+3CH4(g)?2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)△H>0
①原子序数为26的铁元素位于元素周期表的第四周期.
②反应在5L的密闭容器中进行,2min后达到平衡,测得Fe2O3在反应中质量减少4.8g.则该段时间内H2的平均反应速率为0.018mol•(L•min)-1.
③将固定质量的Fe2O3(s)和CH4(g)置于恒温恒压容器中,在一定条件下反应,能表明该反应达到平衡状态的是bcd.
a.CH4的转化率等于CO的产率                          b.混合气体的平均相对分子质量不变
c.v正(CO):v逆(H2)=1:2                         d.固体的总质量不变
(3)FeO可用CO进行还原,已知:t℃时,FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g)     K=0.5
若在1L密闭容器中加入0.04mol FeO(s),并通入x molCO,t℃时反应达到平衡.此时FeO(s)的转化率为50%,则x=0.06.
Ⅲ.Fe2O3还可用来制备FeCl3,FeCl3在水溶液中的水解分三步:
Fe3++H2O?Fe(OH)2++H+ K1
Fe(OH)2++H2O?Fe(OH)2++H+ K2
Fe(OH)2++H2O?Fe(OH)3+H+  K3
(4)以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是K1>K2>K3.通过控制条件,以上水解产物聚合生成聚合物的离子方程式为:xFe3++yH2O?Fex(OH)(3x-y)+y+yH+
欲使平衡正向移动可采用的方法是acd(填字母 ).
a.  加水稀释           b.加入少量NaCl固体       c. 升温     d.加入少量Na2CO3固体.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

14.甲烷,甲醇,乙酸是化工产品的重要原料.
(1)已知:以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法.
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ•mol-1
CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJ•mol-1
①请写出CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式:
②将0.1mol CH4和0.2mol H2O(g)通入体积为10L的密闭容器里,在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图:
已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均反应速率为;图中的P1<P2(填“<”、“>”或“=”);
(2)分别将1molCO和2molH2置于恒容容器Ⅰ、恒压容器Ⅱ和恒容绝热容器Ⅲ中(三容器起始容积相同),在催化剂作用下自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0.
①若起始温度相同,则达平衡时各容器中CH3OH含量由大到小的顺序:(填容器编号),达到平衡所需时间是I>Ⅱ(填“<”、“>”或“=”)
②平衡时,测得容器I中的压强减小了30%,则该容器中CO的转化率为45%.
(3)甲烷直接合成乙酸具有重要的理论意义和应用价值.光催化反应技术使用CH4和(填化学式)直接合成乙酸,且符合“绿色化学”的要求(原子利用率100%).若室温下将amol•L-1的乙酸溶液和bmol•L-1Ba(OH)2溶液等体积混合,恢复室温后有2c(Ba2+)=c(CH3COO-),请用含a和b的代数式表示乙酸的电离平衡常数Ka=$\frac{2b×1{0}^{-7}}{a-2b}$.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用.
(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s)=6AlCl(g)+6CO(g)△H=a kJ•mol-1
3AlCl(g)=2Al(l)+AlCl3(g)△H=b kJ•mol-1
反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H=0.5a+bkJ•mol-1(用含a、b的代数式表示);
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物.某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)△H=Q kJ•mol-1在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
时间(mol/L)
浓度(mol/L)
01020304050
NO1.000.680.500.500.600.60
N200.160.250.250.300.30
CO200.160.250.250.300.30
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=0.032mol•L-1•min-1,T1℃时,该反应的平衡常数K=0.25;
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是ad(填字母编号).
a.通入一定量的NO            b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂           d.适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q<0(填“>”或“<”).
④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是bc(填选项编号).
a.单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g)
b.反应体系的温度不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变
d.反应体系的压强不再发生改变
(3)铝电池性能优越,Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示:
请写出该电池正极反应式Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH=2(不考虑溶液体积的变化).

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

18.用Na2CO3•10H2O晶体,配制0.25mol/L的Na2CO3溶液480mL
(1)实验中用到的玻璃仪器有量筒、玻璃棒、烧杯,还缺少500mL容量瓶,胶头滴管
(2)容量瓶使用前应进行的操作是检漏
(3)每个容量瓶瓶身上都标有温度,规格,刻度线
(4)应用托盘天平称取Na2CO3•10H2O的晶体的质量为35.8g
(5)根据下列操作对所配溶液的浓度各有什么影响,完成填空.
①碳酸钠失去了部分结晶水
②用“左码右物”的称量方法称量晶体
③容量瓶未经干燥就使用
④溶解后未冷却至室温就转移
⑤定容时仰视容量瓶
⑥定容时不慎超过刻度线,用胶头滴管从瓶中吸出部分溶液使剩余溶液刚好达刻度线
其中引起所配溶液浓度偏高的有①④,无影响的有③.(填序号)

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.下列表示对应化学反应的离子方程式正确的是(  )
A.向Al2(SO4)3溶液中加入过量NH3•H2O:Al3++4NH3•H2O═-+4NH4+
B.铅酸蓄电池充电时的正极反应:PbO2+4H++SO42-+2e-═PbSO4+2H2O
C.Fe2(SO4)3溶液与Ba(OH)2溶液反应:Fe3++SO42-+Ba2++3OH-═Fe(OH)3↓+BaSO4↓
D.(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应:2NH4++Fe2++4OH-═Fe(OH)2↓+2NH3•H2O

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