Question

游离态碳在自然界存在形式有多种，在工业上有着重要用途。请回答下列问题：

（1）我国四大发明之一的黑火药由木炭与硫黄、硝酸钾按一定比例混合而成。黑火药爆炸时生成硫化钾、氮气和二氧化碳。其爆炸的化学方程式为_____________________________________。

（2）高级碳粉可由烃类高温分解而制得，已知几个反应的热化学方程式：

C(s)+O₂(g)==CO₂(g)        △H₁= -393.5 kJ•mol^-1

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(1)   △H₂= -571.6 kJ•mol^-1

CH₄(g)+2O₂(g)-=CO₂(g)+ 2H₂O(1) △H₃= -890.3 kJ•mol^-1

则由天然气生产高级碳粉的热化学方程式为__________________________________。

（3）活性炭可以用来净化气体和液体。

①用活性炭还原氮氧化物，可防止空气污染。向1L闭容器加入一定量的活性炭和NO，某温度下发生反应C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)，测得不同时间内各物质的物质的量如下表：

物质的量/mol 时间/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

此温度下，该反应的平衡常数K=________(保留两位小数)。10-20min内，NO的平均反应速率为_______________；若30min后升高温度，达到新平衡时，容器中c(NO)∶c(N₂) ∶c(CO₂)=2∶1∶1，则该反应的ΔH________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

②活性炭和铁屑混合可用于处理水中污染物。在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu²⁺和Pb²⁺的去除率，结果如图所示。当混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，其原因是_________________；当混合物中铁的质量分数大于50%时，随着铁的质量分数的增加，Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，其主要原因是___________________________。

Answer

2KNO3+S+3C=K2S+N2↑+3CO2↑ CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H= +74.8kJ•mol-1 0.56 0.0036mol·L-1·min-1 < 活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用 炭的质量分数减少，混合物中微电池数目减少

【解析】（1）我国四大发明之一的黑火药由木炭与硫黄、硝酸钾按一定比例混合而成。黑火药爆炸时生成硫化钾、氮气和二氧化碳。其爆炸的化学方程式为2KNO3+S+3C=K2S+N2↑+3CO2↑ 。

（2）高级碳粉可由烃类高温分解而制得，已知几个反应的热化学方程式：

①C(s)+O2(g)==CO2(g) △H1= -393.5 kJ•mol-1；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H2= -571.6 kJ•mol-1；③CH4(g)+2O2(g)-=CO2(g)+ 2H2O(1) △H3= -890.3 kJ•mol-1。由③-①-②可得，CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H= +74.8kJ•mol-1，则由天然气生产高级碳粉的热化学方程式为CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H= +74.8kJ•mol-1。

（3）①由题中数据可知，此温度下，NO、N2、CO2的平衡浓度分别为0.080mol/L、0.060 mol/L、0.060 mol/L，所以，该反应的平衡常数K=。10-20min内，NO的平均反应速率为0.0036mol·L-1·min-1；该反应在20min时达到平衡，容器中c(NO)∶c(N2) ∶c(CO2)=4∶3∶3，若30min后升高温度，达到新平衡时，容器中c(NO)∶c(N2) ∶c(CO2)=2∶1∶1，说明化学平衡向逆反应方向移动，所以该反应的正反应是放热反应，则该反应的ΔH＜0。

②当混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，其原因是：活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用；当混合物中铁的质量分数大于50%时，随着铁的质量分数的增加，Cu2+和Pb2+的去除率不升反降，其主要原因是：炭的质量分数减少，混合物中微电池数目减少。