氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的_________,反应的化学方程式为_______________。
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置→______(按气流方向,用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤 | 实验现象 | 解释原因 |
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中 | ①Y管中_____________ | ②反应的化学方程式 ____________ |
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温 | Y管中有少量水珠 | 生成的气态水凝集 |
打开K2 | ③_______________ | ④______________ |
高二化学实验题中等难度题
氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的_________,反应的化学方程式为_______________。
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置→______(按气流方向,用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤 | 实验现象 | 解释原因 |
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中 | ①Y管中_____________ | ②反应的化学方程式 ____________ |
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温 | Y管中有少量水珠 | 生成的气态水凝集 |
打开K2 | ③_______________ | ④______________ |
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二氧化硫和氮氧化物(NOx)对大气污染日趋严重,研究消除大气污染的方法是化学工作者的重要课题,目前有很多种方法消除大气污染。
(1)可利用甲烷催化还原NOx的方法处理NOx ,反应如下:
CH4(g)+4NO2(g) = 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H= -574 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g) = 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H= -1160 kJ·mol-1
则CH4(g)+2NO2(g) = N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=________;
(2)降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器,发生如下反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g);△H<0。
若在一定温度下,将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中,15分钟后达到平衡,反应过程中各物质的浓度变化如图甲所示,则平衡常数K=________(小数点后保留3位);
①若保持温度不变,20min时再向容器中充入CO气体0.6mol,平衡将________移动(填“向左”、“向右”或“不”);
②若保持温度不变,20min时向原平衡容器中充入CO、N2各0.6mol,平衡将________移动(填“向左”、“向右”或“不”);
③20min时,若改变反应条件,导致N2浓度发生如图所示的变化,则改变的条件可能是________
(填字母);
A.加入催化剂 B.降低温度 C.缩小容器体积 D.增加CO2的量
(3)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下将SO2转化为SO42-,从 而实现对SO2的处理(总反应为2SO2+O2+2H2O=2H2SO4)。已知,含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时,其中一个反应的离子方程式为4Fe2+ + O2+ 4H+ =4Fe3+ + 2H2O,则另一反应的离子方程式为________;
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随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
(1) 用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g) =4NO(g) + CO2(g) +2H2O(g) ⊿H= -574 kJ·mol-1
②CH4(g) +4NO(g) =2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) ⊿H= -1160 kJ·mol-1
③H2O(g) = H2O(l) △H= -44.0 kJ·mol-1
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2 (g)、CO2 (g)和H2O(1)的热化学方程式。
(2)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下可将SO2转化为SO42-,从而实现对SO2的治理。已知含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时,其中一个反应的离子方程式为4Fe2+ + O2+ 4H+ = 4Fe3+ + 2H2O,则另一反应的离子方程式为________。
(3)用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C(s)+2NO(g)N2 (g)+CO2 (g) 。某研究小组向密闭的真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
浓度/mol·L-1 时间/min | NO | N2 | CO2 |
0 | 1.00 | 0 | 0 |
10 | 0.58 | 0.21 | 0.21 |
20 | 0.40 | 0.30 | 0.30 |
30 | 0.40 | 0.30 | 0.30 |
40 | 0.32 | 0.34 | 0.17 |
50 | 0.32 | 0.34 | 0.17 |
①10min~20min以v(CO2) 表示的反应速率为 ________。
②根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数为________ ________(保留两位小数)。
③一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率________(填“增大”、“不变”或“减小”) 。
④下列各项能作为判断该反应达到平衡的是________ ________(填序号字母)。
A.容器内压强保持不变 B. 2v正(NO) = v逆(N2)
C.容器内CO2的体积分数不变 D.混合气体的密度保持不变
⑤30min末改变某一条件,过一段时间反应重新达到平衡,则改变的条件可能是。请在下图中画出30min至40min 的变化曲线。
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科学处理NOx、SO2等大气污染物,对改善人们的生存环境具有重要的现实意义。
(1)利用甲烷催化还原氮氧化物。已知:
CH4(g) +4NO2(g) =4NO(g)+CO2(g) +2H2O(g);△H=-574kJ•mol-1
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g) +CO2(g)+2H2O(g);△H=-867kJ•mol-1
则CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=____________________
(2)利用氧化氮氧化物的流程如下:
已知反应I的化学方程式为2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl,若反应I中转移3mol电子,则反应Ⅱ中可生成N2的体积为_____L(标准状况下)。
(3)常温下,用NaOH溶液吸收SO2得到pH=9的Na2SO3溶液,吸收过程中水的电离程度_____(填“增大”、“减小”或“不变”);请写出Na2SO3溶液中,c(Na+)、c(H2SO3)、c(SO32-)、c(HSO3-)的大小关系:_____。
(4)利用Fe2(SO4)3溶液也可处理SO2废气,所得Fe2+溶液有很多重要用途。保存1.8mol•L﹣1的FeSO4溶液时,为防止溶液中Fe2+被氧化,常加入_____;为确保溶液中不出现浑浊,应调节溶液的pH不超过_____。(常温下,Ksp[Fe(OH) 2]=1.8×10﹣16)
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科学处理NOx、SO2等大气污染物,对改善人们的生存环境具有重要的现实意义。
(1)利用甲烷催化还原氮氧化物。已知:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=-574kJ•mol-1
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=-867kJ•mol-1
则CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=___kJ•mol-1。
(2)利用氧化氮氧化物的流程如下:
已知反应I的化学方程式为2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl,
若反应I中转移3mol电子,则反应Ⅱ中可生成N2的体积为_________L(标准状况下)。
(3)常温下,用NaOH溶液吸收SO2得到pH=9的Na2SO3溶液,吸收过程中水的电离平衡_________(填“增大”、“减小”或“不变”);试计算溶液中c(SO32-)/c(HSO3-)=_______。(常温下H2SO3的电离常数:Ka1=1×10-2 mol/L,Ka2=6.0×10-8mol/L)
(4)利用Fe2(SO4)3溶液也可处理SO2废气,所得Fe2+溶液有很多重要用途。保存1.8mol·L-1的FeSO4溶液时,为防止溶液中Fe2+被氧化,常加入________;为确保溶液中不出现浑浊,应调节溶液的pH不超过______。(常温下,Ksp[Fe(OH)2]=1.8×10-16)
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雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾的源头多种多样,比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧,甚至火山喷发等。
(1)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂的条件下可净化。
①已知部分化学键的键能如下
请完成汽车尾气净化中NO(g)和CO(g)发生反应的热化学方程式
2NO(g)+2CO( g) N2( g)+2CO2(g) △H=___________kJ·mol—1
②若上述反应在恒温、恒容的密闭体系中进行,并在t1时刻达到平衡状态,则下列示意图符合题意的是 ___(填选项序号)。(下图中V正、K、n、P总分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和总压强)
(2)在t1℃下,向体积为10 L的恒容密闭容器中通入NO和CO,测得不同时间NO和CO的物质的量如下表:
t1℃时该反应的平衡常数K= _______,既能增大反应速率又能使平衡正向移动的措施是
____。(写出一种即可)
(3)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/C(NO)、不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应),请回答温度对脱氮率的影响____________________,给出合理的解释:____________________。
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雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾的源头多种多样,比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧,甚至火山喷发等。
(1)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂的条件下可净化。
①已知部分化学键的键能如下
分子式/结构式 | NO/N≡O | CO/C≡O | CO2/O=C=O | N2/N≡N |
化学键 | N≡O | C≡O | C=O | N≡N |
键能( kJ/mol) | 632 | 1072 | 750 | 946 |
请完成汽车尾气净化中NO(g)和CO(g)发生反应的热化学方程式
2NO(g)+2CO( g) N2( g)+2CO2(g) △H=_____kJ·mol-1
②若上述反应在恒温、恒容的密闭体系中进行,并在t1时刻达到平衡状态,则下列示意图符合题意的是 ____(填选项序号)。(下图中V正、K、n、P总分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和总压强)
(2)在t1℃下,向体积为10 L的恒容密闭容器中通入NO和CO,测得不同时间NO和CO的物质的量如下表:
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
n(NO)/×10-2mol | 10.0 | 4.50 | 2.50 | 1.50 | 1.00 | 1.00 |
n(CO)/×10-1 mol | 3.60 | 3.05 | 2.85 | 2.75 | 2.70 | 2.70 |
t1℃时该反应的平衡常数K= ___,既能增大反应速率又能使平衡正向移动的措施是_____。(写出一种即可)
(3)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/C(NO)、不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应),请回答温度对脱氮率的影响________,给出合理的解释:____________。
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NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一,有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。可以利用NH3与NOx反应消除NOx。
(1)实验室制取NH3,发生装置可以选择上图中的____________,反应的化学方程式为____________。
(2)欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置→____________(按气流方向,用小写字母表示)。
(3)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。NH3与NO2生成N2的反应中,当生成1molN2时,转移电子的物质的量为____________mol。
(4)用酸性(NH2)2CO水溶液也可以吸收NOx,吸收过程中存在HNO2与CO(NH2)2生成N2和CO2的反应。该反应的化学方程式为____________。
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科学家寻找高效催化剂,通过如下反应实现大气污染物转化:
(1)NH3作为一种重要化工原料,被大量应用于工业生产,与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2,在某催化剂的作用下进行反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g) +6H2O(g) △H<0,测得不同时间的NH3和O2的浓度如下表:
时间(min) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
c(NH3)/mol·L-1 | 1.00 | 0.36 | 0.12 | 0.08 | 0. 0072 | 0.0072 |
c(O2)/mol·L-1 | 2.00 | 1.20 | 0.90 | 0.85 | 0.84 | 0.84 |
①前10分钟内的平均速率v(NO)=___________________mol·L-1·min-1
②下列有关叙述中正确的是______________
A.使用催化剂时,可降低该反应的活化能,加快其反应速率
B.若测得容器内4v正(NH3)=6v逆(H2O)时,说明反应已达平衡
C.当容器内气体的密度不变时,说明反应已达平衡
D.若该反应的平衡常数K值变大,在平衡移动过程中正反应速率先增大后减小
(2)氨催化氧化时会发生下述两个竞争反应I、II。催化剂常具有较强的选择性,即专一性。
已知:反应I 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g) +6H2O(g) △H<0
反应 II:4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g) +6H2O(g) △H<0
为分析某催化剂对该反应的选择性,在1L密闭容器中充入1 mol NH3和2mol O2,测得有关物质的量关系如图:
①该催化剂在高温时选择反应____________ (填“ I ”或“ II”)。
②反应I的活化能Ea(正)________ Ea(逆) (填“小于”“等于”或“大于”)。
③520℃时,4NH3(g)+5O24NO(g)+6H2O(g)的平衡常数K=________________ (不要求得出计算结果,只需列出数字计算式)。
④C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因_________________________。
(3)羟胺(NH2OH)的电子式_____________,羟胺是一种还原剂,可用作显像剂还原溴化银生成银单质和氮气,该反应的化学方程式为________________________________________。现用25.00mL0.049mol/L的羟胺的酸性溶液跟足量的硫酸铁溶液在煮沸条件下反应,生成的Fe2+恰好与24.50mL 0.020mol/L的KMnO4酸性溶液完全作用,则在上述反应中,羟胺的氧化产物是________________________。
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