问题 问答题

超音速飞机尾气中的NO会破坏臭氧层.科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变为CO2和N2,化学方程式如下:

2NO+2CO

催化剂
2CO2+N2 △H<0.

为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表:

时间/s012345
c(NO)/mol•L-11.00×10-34.50×10-42.50×10-41.50×10-41.00×10-41.00×10-4
c(CO)/mol•L-13.60×10-33.05×10-32.85×10-32.75×10-32.70×10-32.70×10-3
请回答(以下各题均不考虑温度变化对催化效率的影响):

(1)前2s内的平均反应速率v(N2)=______.

(2)在该温度下,反应的平衡常数K=______.

(3)在温度和体积保持不变的条件下,能够说明该反应达到平衡状态的标志是______.

A.反应混合物各组分物质的量浓度相等

B.NO、CO、CO2、N2分子数之比为2:2:2:1

C.混合气体的密度保持不变

D.单位时间内消耗1molNO的同时,就有1molCO生成

(4)达到平衡后下列能提高NO转化率的是______.

A.选用更有效的催化剂B.保持容器体积不变充入氦气增大压强

C.降低反应体系的温度D.缩小容器的体积

(5)反应2NO+O2═2NO2 △S<0能自发进行的原因是______.

(6)①液态肼(N2H4)和液态双氧水混合反应时,即产生大量氮气和水蒸汽,并放出大量的热.已知0.4mol液态肼与足量的液态双氧水反应,生成氮气和水蒸气,放出256.6kJ的热量.该反应的热化学方程式是______.

②某燃料电池以肼作为燃料,写出酸性介质中肼参与反应的电极反应式:______.

答案

(1))前2s内的平均反应速度v(NO)=

1.00×10-3-2.5×10-4
2s
=3.75×10-4mol/(L•s),由v(N2):v(NO)=1:2得到v(N2)=1.875×10-4mol/(L•s),

故答案为:1.875×10-4mol/(L•s);

(2)由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡,则

2NO+2CO

催化剂
2CO2 +N2

开始(mol/L) 1.00×10-3 3.60×10-3 0 0

转化(mol/L) 9×10-4 9×10-4 9×10-4 4.50×10-4

平衡(mol/L)1.00×10-42.70×10-3 9×10-4 4.50×10-4

则平衡常数K=

c(N2)c2(CO2)
c2(CO)c2(NO)
=
(4.50×10-4)•(9×10-4)2
(1.00×10-4)2•(2.7×10-3)2
=5000,

故答案为:5000;

(3)A.当反应物和生成物浓度不再变化时,达到平衡状态,反应混合物各组分物质的量浓度是否相等与初始量和转化率有关,故A错误;

B.NO、CO、CO2、N2分子数之比初始量和转化率有关,不一定是2:2:2:1,故B错误;

C.混合气体的体积不变,质量守恒,所以密度始终保持不变,所以不能判断平衡,故C错误;

D.单位时间内消耗1molNO为正速率,有1mol CO生成为逆速率,而且正逆速率之比等于计量数之比,所以是平衡状态,故D正确;

故答案为:D;

(4)2NO+2CO⇌2CO2+N2反应中能提高NO转化率的选项分析为:

A.选用更有效的催化剂,只能改变反应速率,不能改变平衡,故A错误;

B.反应时放热反应,升高反应体系的温度,平衡逆向进行,一氧化氮转化率减小,故B错误;

C.反应时放热反应,降低反应体系的温度,平衡正向进行,一氧化氮转化率增大,故C正确;

D.缩小容器的体积,压强增大,平衡向气体体积见效的方向进行,平衡正向进行,一氧化氮转化率增大,故D正确;

故答案为:CD;

(5)2NO+2CO⇌2CO2+N2 反应的△S<0,反应自发进行△H-T•△S<0,则反应焓变一定小于0,△H<0,反应是放热反应,

故答案为:反应是放热反应;

(6)反应方程式为:N2H4+2H2O2═N2+4H2O,0.4mol液态肼放出256.6kJ的热量,则1mol液态肼放出的热量为

256.6kJ
0.4
=641.5kJ,

所以反应的热化学方程式为:N2H4(g)+2H2O2(l)═N2(g)+4H2O(g)△H=-641.5kJ/mol,

故答案为:N2H4(g)+2H2O2(l)═N2(g)+4H2O(g)△H=-641.5kJ/mol.

②原电池中,电解质为酸性介质,N2H4在负极失电子发生氧化反应,生成N2,其电极方程式为:N2H4-4e-═4H++N2

故答案为:N2H4-4e-═4H++N2

多项选择题
单项选择题