Question

【題目】游離態碳在自然界存在形式有多種，在工業上有著重要用途。請回答下列問題：

（1）我國四大發明之一的黑火藥由木炭與硫黃、硝酸鉀按一定比例混合而成。黑火藥爆炸時生成硫化鉀、氮氣和二氧化碳。其爆炸的化學方程式為_____________________________________。

（2）高級碳粉可由烴類高溫分解而制得，已知幾個反應的熱化學方程式：

C(s)+O2(g)==CO2(g) △H1= -393.5 kJmol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H2= -571.6 kJmol-1

CH4(g)+2O2(g)-=CO2(g)+ 2H2O(1) △H3= -890.3 kJmol-1

則由天然氣生產高級碳粉的熱化學方程式為__________________________________。

（3）活性炭可以用來凈化氣體和液體。

①用活性炭還原氮氧化物，可防止空氣污染。向1L閉容器加入一定量的活性炭和NO，某溫度下發生反應C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，測得不同時間內各物質的物質的量如下表：

物質的量/mol 時間/min	NO	N2	CO2
0	0.200	0	0
10	0.116	0.042	0.042
20	0.080	0.060	0.060
30	0.080	0.060	0.060

此溫度下，該反應的平衡常數K=________(保留兩位小數)。10-20min內，NO的平均反應速率為_______________；若30min后升高溫度，達到新平衡時，容器中c(NO)∶c(N2) ∶c(CO2)=2∶1∶1，則該反應的ΔH________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

②活性炭和鐵屑混合可用于處理水中污染物。在相同條件下，測量總質量相同、鐵的質量分數不同的鐵炭混合物對水中Cu2+和Pb2+的去除率，結果如圖所示。當混合物中鐵的質量分數為0時，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，其原因是_________________；當混合物中鐵的質量分數大于50%時，隨著鐵的質量分數的增加，Cu2+和Pb2+的去除率不升反降，其主要原因是___________________________。

Answer 1

【答案】 2KNO3+S+3C=K2S+N2↑+3CO2↑ CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H= +74.8kJmol-1 0.56 0.0036mol·L-1·min-1 < 活性炭對Cu2+和Pb2+有吸附作用 炭的質量分數減少，混合物中微電池數目減少

【解析】（1）我國四大發明之一的黑火藥由木炭與硫黃、硝酸鉀按一定比例混合而成。黑火藥爆炸時生成硫化鉀、氮氣和二氧化碳。其爆炸的化學方程式為2KNO3+S+3C=K2S+N2↑+3CO2↑ 。

（2）高級碳粉可由烴類高溫分解而制得，已知幾個反應的熱化學方程式：

①C(s)+O2(g)==CO2(g) △H1= -393.5 kJmol-1；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H2= -571.6 kJmol-1；③CH4(g)+2O2(g)-=CO2(g)+ 2H2O(1) △H3= -890.3 kJmol-1。由③-①-②可得，CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H= +74.8kJmol-1，則由天然氣生產高級碳粉的熱化學方程式為CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H= +74.8kJmol-1。

（3）①由題中數據可知，此溫度下，NO、N2、CO2的平衡濃度分別為0.080mol/L、0.060 mol/L、0.060 mol/L，所以，該反應的平衡常數K=。10-20min內，NO的平均反應速率為0.0036mol·L-1·min-1；該反應在20min時達到平衡，容器中c(NO)∶c(N2) ∶c(CO2)=4∶3∶3，若30min后升高溫度，達到新平衡時，容器中c(NO)∶c(N2) ∶c(CO2)=2∶1∶1，說明化學平衡向逆反應方向移動，所以該反應的正反應是放熱反應，則該反應的ΔH＜0。

②當混合物中鐵的質量分數為0時，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，其原因是：活性炭對Cu2+和Pb2+有吸附作用；當混合物中鐵的質量分數大于50%時，隨著鐵的質量分數的增加，Cu2+和Pb2+的去除率不升反降，其主要原因是：炭的質量分數減少，混合物中微電池數目減少。