Question

【題目】研究NOx、CO、SO2等大氣污染氣體的治理，對保護(hù)環(huán)境有重要的意義。回答下列問題：

（1）NOx與CO反應(yīng)生成無污染氣體的相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=234.0kJ·mol1

②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=291.8kJ·mol1

反應(yīng)③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)的ΔH3=___kJ·mol1，有利于提高該反應(yīng)NO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是___（填標(biāo)號）。

A.高溫低壓 B.低溫高壓 C.高溫高壓 D.低溫低壓

（2）在一定溫度下，向2L的恒容密閉容器中充入4.0molNO2和4.0molCO，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，測得相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

	0min	5min	10min	15min	20min
c(NO2)/mol·L1	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c(N2)/mol·L1	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①其他條件不變，若不使用催化劑，則0~5minNO2的轉(zhuǎn)化率將___（填“變大”、“變小”或“不變”）。

②以下表述能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是___。

A.CO的反應(yīng)速率為N2的4倍

B.氣體的顏色不再變化

C.化學(xué)平衡常數(shù)K不再變化

D.混合氣的壓強(qiáng)不再變化

③該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=__（保留兩位有效數(shù)字）。

④在20min時(shí)，保持溫度不變，繼續(xù)向容器中再加入2.0molNO2和2.0molN2，則化學(xué)平衡__移動(dòng)（填“正向”、“逆向”或“不”）。

（3）在高效催化劑的作用下用CH4還原NO2，也可消除氮氧化物的污染。

①CH4還原NO2反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

②在相同條件下，選用A、B、C三種不同催化劑進(jìn)行反應(yīng)，生成N2的物質(zhì)的量與時(shí)間變化如圖圖1所示，其中活化能最大的是___[Ea(A)、Ea(B)、Ea(C)分別表示三種催化劑下該反應(yīng)的活化能]。

③在催化劑A作用下，測得相同時(shí)間內(nèi)處理NO2的量與溫度的關(guān)系如圖2所示，曲線先增大后減小的可能原因是___。

Answer 1

【答案】-1227.8 B 變小 BD 0.11 逆向 CH4+2NO2CO2+N2+2H2O Ea(C) 低于300℃時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到平衡，隨溫度升高反應(yīng)速率加快；高于300℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，升溫逆向反應(yīng)程度更大或高于300℃催化劑活性降低

【解析】

(1)已知：①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=234.0kJ·mol1，②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=291.8kJ·mol1，由蓋斯定律可知：①×4+②可得反應(yīng)③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，據(jù)此計(jì)算ΔH3；結(jié)合影響平衡的因素分析，判斷能提高NO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件；

(2)①不使用催化劑，反應(yīng)速率降低；

②根據(jù)平衡狀態(tài)的特征，達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)各組分的物質(zhì)的量、濃度等不隨時(shí)間的改變而改變分析；

③化學(xué)平衡常數(shù)K等于平衡時(shí)生成物濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；

④根據(jù)Qc與K的相對大小判斷平衡移動(dòng)的方向；

(3)①CH4還原NO2生成N2、CO2和水；

②活化能最小，則反應(yīng)速率最快，故氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量改變最快；

③由在催化劑A作用下測得相同時(shí)間處理NO2的量與溫度關(guān)系圖可知，未達(dá)到時(shí)升高溫度反應(yīng)速率加快，而溫度300℃平衡逆向移動(dòng)。

(1)已知：①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=234.0kJ·mol1，②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=291.8kJ·mol1，由蓋斯定律可知：①×4+②可得反應(yīng)③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，則ΔH3=(234.0kJ·mol1)×4+(291.8kJ·mol1)=-1227.8kJ·mol1；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，同時(shí)也是氣體體積減小的反應(yīng)，降低溫度，增大壓強(qiáng)，即低溫高壓使平衡正向移動(dòng)提高該反應(yīng)NO2的平衡轉(zhuǎn)化率，故答案為B；

(2)①其他條件不變，若不使用催化劑，反應(yīng)速率降低，則0~5minNO2的變化物質(zhì)的量減小，即NO2的轉(zhuǎn)化率將變��；

②A．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CO的反應(yīng)速率始終為N2的4倍，無法判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；

B．反應(yīng)達(dá)平衡前，氣體顏色在變，后來不變了，則NO2的量不隨時(shí)間變化而變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；

C．化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化而變化，溫度不變，平衡常數(shù)K始終不變，則無法說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；

D．反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量在變化，在恒溫恒容條件下，當(dāng)混合氣的壓強(qiáng)不再變化時(shí)，說明氣體總物質(zhì)的量不再變化，此時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

故答案為BD。

③平衡時(shí)：

則該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K===0.11。

④在20min時(shí)，保持溫度不變，繼續(xù)向容器中再加入2.0molNO2和2.0molN2，此時(shí)Qc===0.2＞0.11=K，則化學(xué)平衡逆向移動(dòng)；

(3)①CH4還原NO2生成N2、CO2和水，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4+2NO2CO2+N2+2H2O；

②活化能最大，則反應(yīng)速率最慢，故氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量改變最慢，由圖可知，活化能最大的是Ea(C)；

③圖中曲線先增大后減小的原因?yàn)榈陀?/span>300℃，反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高，反應(yīng)速率加快，而高于300℃，反應(yīng)已平衡，升溫逆向反應(yīng)程度更大或高于300℃催化劑活性降低。