Question

【題目】氮的氧化物是主要的空氣污染物，目前消除氯氧化物污染的方法有多種。

(1)用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1160 kJ·mol－1（Ⅰ）

CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1（Ⅱ）

H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44．0 kJ·mol－1（Ⅲ）

①寫出CH4 (g)與NO2 (g)反應(yīng)生成N2 (g) ,CO2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式：________

②為研究不同條件下對上述反應(yīng)( Ⅱ )的影響，在恒溫條件下,向2 L 的恒容密閉容器中加入0.2mol CH4和0.4mol NO2,10min反應(yīng)（Ⅱ）達(dá)到平衡，測得l0min內(nèi)v(NO)=5×10-3mol/(L·min),則平衡后n(CH4)=___mol,NO2的轉(zhuǎn)化率a1=_________.其它條件不變，反應(yīng)在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時NO2的轉(zhuǎn)化率a2____a1(填“大于” 小于”或“ 等于” )。

（2）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T℃)條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下

時間 濃度(mol/L) 物質(zhì)	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①不能作為判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù) 是_________

A．容器內(nèi)CO2的濃度保持不變

B．v正（N2）= v正（NO）

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

D．混合氣體的密度保持不變

E．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

②在T℃時．該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______ (保留兩位小數(shù))；

③在30 min,改變某一條件,反應(yīng)重新達(dá)到平衡,則改變的條件是________。

（3）科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將超音速飛機(jī)尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2, 研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．如圖表示在其他條件不變時，反應(yīng)：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g) 中NO的濃度c(NO)隨溫度(T)、催化劑表面積(S)和時間(t)的變化曲線。

①該反應(yīng)的ΔH____0（填“>”或“<”）。

②若催化劑的表面積S1 >S2，在圖中畫出c(NO)在T1、S2條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線。____

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-955kJ/mol 0.175 25% 大于 BE 0.56 減小CO,的濃度 ① < 如圖所示

【解析】試題分析：(1) ① 根據(jù)蓋斯定律寫CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g) ,CO2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式；② 根據(jù)v(NO)=5×10-3mol/(L·min)計算10min內(nèi)c(NO)的變化量，利用“三段式”計算平衡后n(CH4)、NO2的轉(zhuǎn)化率a1；CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1，正反應(yīng)體積增大，其它條件不變，反應(yīng)在恒壓條件下進(jìn)行，相當(dāng)于減壓，平衡正向移動。（2）①根據(jù)平衡標(biāo)志分析；②根據(jù) 計算在T℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)；③根據(jù)表格數(shù)據(jù)，40min時NO、CO2的濃度減小，N2的濃度增大分析；（3）①根據(jù)“先拐先平”，T2溫度大于T1，升高溫度NO的百分含量增大，平衡逆向移動；②催化劑表面積越大，反應(yīng)速率越快，但平衡不移動，NO的百分含量不變；

解析：(1) ① CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1160 kJ·mol－1（Ⅰ）

CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1（Ⅱ）

H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44．0 kJ·mol－1（Ⅲ），根據(jù)蓋斯定律Ⅰ×＋（Ⅱ）× －Ⅲ×2得CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g) ,CO2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式CH4(g)+2NO2=N2(g)+CO2(g) +2H2O (l) ΔH=-955kJ/mol；② v(NO)=5×10-3mol/(L·min),10min內(nèi)c(NO)的變化量是0.05 mol/L ，

則平衡時n(CH4)=0.0875 mol/L×2L=0.175mol； NO2的轉(zhuǎn)化率a1=；CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1，正反應(yīng)體積增大，其它條件不變，反應(yīng)在恒壓條件下進(jìn)行，相當(dāng)于減壓，平衡正向移動，所以平衡時NO2的轉(zhuǎn)化率a2大于a1。

（2）①A．根據(jù)化學(xué)平衡定義，容器內(nèi)CO2的濃度保持不變，一定平衡；B．任意時刻都滿足 v正（N2）= v正（NO），所以v正（N2）= v正（NO）時不一定平衡；C． m不變，總物質(zhì)的量n是變量，根據(jù) ，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是變量，則平均相對分子質(zhì)量保持不變一定平衡；D．氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，根據(jù)，密度是定量，所以混合氣體的密度保持不變不一定平衡；E．氣體物質(zhì)的量是變量，容器體積不變，所以壓強(qiáng)是變量，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變一定平衡；故選BE。

②根據(jù) ，在T℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)0.56 ；③根據(jù)表格數(shù)據(jù)，40min時NO、CO2的濃度減小，N2的濃度增大分析，所以在30min改變的條件是減小CO2的濃度；（3）①根據(jù)“先拐先平”，T2溫度大于T1，升高溫度NO的百分含量增大，平衡逆向移動，反應(yīng)的ΔH<0；②催化劑表面積越大，反應(yīng)速率越快，但平衡不移動，NO的百分含量不變，所以變化曲線是。