Question

【題目】最近幾年我國已加大對氮氧化物排放的控制力度。消除氮氧化物污染有多種方法。

（l）用CH4還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=-574kJ·mol-1

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

③H2O(g)= H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1

CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的熱化學(xué)方程式為_________________。

（2）用活性炭還原法也可處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：2C(s)＋2NO2(g)=N2(g)＋2CO2(g) △H<0，起始時向密閉容器中充入一定量的C(s)和NO2(g)，在不同條件下，測得各物質(zhì)的濃度變化狀況如下圖所示。

①010min內(nèi)，以CO2表示的平均反應(yīng)速率v(CO2)=_______________。

②0～10min，1020 min，3040 min三個階段NO2的轉(zhuǎn)化率分別為α1、α2、α3，其中最小的為_________，其值是___________________。

③計算反應(yīng)達(dá)到第一次平衡時的平衡常數(shù)K=____________。

④第10min時，若只改變了影響反應(yīng)的一個條件，則改變的條件為______(填選項字母）。

A．增加C(s)的量 B．減小容器體積 C．加入催化劑

⑤20～30min、4050 min時體系的溫度分別為T1和T2，則T1_____T2(填“> “<”或“=”）， 判斷的理由是_________________________。

Answer 1

【答案】CH4(g ) +2NO2( g ) =N2( g )+ CO2(g ) +2H2O (l ) ΔH= －955 kJ/mol 0.02 mol/(L· min) α1 20% 0.675 C > 此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動

【解析】

（l）根據(jù)蓋斯定律，方程式①+②-③×4可得目標(biāo)方程式，反應(yīng)熱作相應(yīng)變化即可。

（2）起始時向密閉容器中充入一定量的C(s)和NO2(g)，發(fā)生反應(yīng)：2C(s)＋2NO2(g)=N2(g)＋2CO2(g) △H<0，開始時NO2濃度逐漸降低，到10min時濃度降低得程度更大，說明反應(yīng)速率變快，可能是使用了催化劑或升高了溫度，20min時到達(dá)了平衡。30min時NO2濃度在原平衡基礎(chǔ)上降低，生成物濃度在原平衡基礎(chǔ)上增大，說明平衡向右移動，改變的條件可能是降低溫度，不能是增大壓強(qiáng)（若增大壓強(qiáng)，體積變小，各物質(zhì)濃度都增大）和改變碳（固體）或其他物質(zhì)濃度（因為是在原平衡基礎(chǔ)上變化的）。

（1）根據(jù)蓋斯定律，方程式①+②-③×4可得目標(biāo)方程式，反應(yīng)熱作相應(yīng)變化，得到CH4(g ) +2NO2( g ) =N2( g )+ CO2(g ) +2H2O (l ) ΔH= －955 kJ/mol。

（2）①根據(jù)圖像，10min時CO2的濃度為0.2mol/L，則以CO2表示的反應(yīng)速率為=0.02mol/(L·min)。

②根據(jù)圖像，0～10min內(nèi)，NO2的轉(zhuǎn)化率α1==20%

10～20min內(nèi)，NO2的轉(zhuǎn)化率α2==50%

30～40min內(nèi)，NO2的轉(zhuǎn)化率α3==25%，所以轉(zhuǎn)化率最小的是α1，為20%。

③反應(yīng)在20min時達(dá)到平衡，根據(jù)。

④根據(jù)圖像，10～20min內(nèi)反應(yīng)速率加快，平衡仍正向移動。增加固體C不影響反應(yīng)速率，A錯；減小容器體積，則增大壓強(qiáng)，各物質(zhì)濃度會瞬間突然增大，B錯；加入催化劑可加快反應(yīng)速率，但不影響平衡，C正確。

⑤20～30min、4050 min是體系的兩個平衡狀態(tài)，由題意可知改變溫度使平衡發(fā)生移動，4050 min時的平衡與20～30min時的平衡相比，平衡正向移動，因反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故降低溫度平衡正向移動，T1>T2。