Question

【題目】近年來(lái)“霧霾”污染日益嚴(yán)重，原因之一是機(jī)動(dòng)車尾氣中含有NO、NO2、CO等氣體，火力發(fā)電廠釋放出大量的NOx、SO2和CO2等氣體也是其原因，現(xiàn)在對(duì)其中的一些氣體進(jìn)行了一定的研究：

（1）用 CH4催化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 = - 574 kJ/mol

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

③H2O(g) = H2O(l) △H = - 44.0 kJ/mol

寫(xiě)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）汽車尾氣中含有CO、NO2等有毒氣體，對(duì)汽車加裝尾氣凈化裝置，可使有毒氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體。4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-1200 kJ·mol-1

對(duì)于該反應(yīng)，溫度不同（T2＞T1）、其他條件相同時(shí)，下列圖像正確的是________________（填代號(hào)）。

（3）用活性炭還原法也可以處理氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH=a kJ/mol

在T1℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的量濃度如下：

時(shí)間/min 濃度/(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析T1℃時(shí)，該反應(yīng)在0-20min的平均反應(yīng)速率v（NO）=_____________________；計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________________。

②30min后，只改變某一條件，根據(jù)上表的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是_________（填字母代號(hào)）。

A．通入一定量的CO2 B．加入合適的催化劑

C．適當(dāng)縮小容器的體積 D．通入一定量的NO

E．加入一定量的活性炭

③若30min后升高溫度至T2℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為2:1:1，則達(dá)到新平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率____________（填“升高”或“降低”），a________0（填“>”或“<”）。

（4）溫度T1和T2時(shí)，分別將0.50 mol CH4和1.2mol NO2充入1 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=bkJ/mol。

測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

溫度	時(shí)間/min 物質(zhì)的量	0	10	20	40	50
T1	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18	x	0.15

下列說(shuō)法正確的是__________________。

A．T1＞T2，且b＞0

B．當(dāng)溫度為T2、反應(yīng)進(jìn)行到40 min時(shí)， x＞0.15

C．溫度為T2時(shí)，若向平衡后的容器中再充入0.50 mol CH4和1.2mol NO2，重新達(dá)到平衡時(shí)，n（N2）<0.70mol

D．溫度為T1時(shí)，若起始時(shí)向容器中充入0.50 mol CH4(g)、0.50 molNO2(g)、1.0 mol N2(g)、2.0 molCO2(g)、0.50molH2O(g)，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，ν(正)＞ν(逆)

Answer 1

【答案】 CH4(g) +2 NO2(g) = N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(l) △H =－955 kJ/mol 乙 0.030mol·L－1 ·min－1 0.56 （或9/16） 降低 < CD

【解析】（1）已知：①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574k·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，根據(jù)蓋斯定律，（①+②+3×4）÷2可得：CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H=-574k·mol－1-1160kJ·mol－1-574k·mol－1×4=－955 kJ/mol ；（2）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，正逆反應(yīng)速率均增大，都應(yīng)該比原來(lái)的速率大，圖象與實(shí)際情況不相符，故甲錯(cuò)誤；升高溫度，反應(yīng)向著逆向進(jìn)行，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)速率加快，圖象與實(shí)際反應(yīng)一致，故乙正確，壓強(qiáng)相同時(shí)，升高溫度，反應(yīng)向著逆向移動(dòng)，一氧化氮的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)該增大，圖象與實(shí)際不相符，故丙錯(cuò)誤，故選乙；（3）0～20min內(nèi)，CO2的平均反應(yīng)速率v（NO）=（1.0mol·L－1-0.4mol·L－1）/20min=0.030mol·L－1 ·min－1；C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），平衡濃度c（N2）=0.3mol·L－1；c（CO2）=0.3mol·L－1；c（NO）=0.4mol·L－1；反應(yīng)的平衡常數(shù)K= =0.56；②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算K=，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說(shuō)明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃�，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反�?yīng)前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；A．生成物CO2和N2按方程式計(jì)量數(shù)之比同時(shí)增大，通入一定量的CO2不合理，故A錯(cuò)誤； B．加入催化劑不能使平衡移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；C．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故C正確；D．通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故D正確；E．加入一定量的活性炭，碳是固體對(duì)平衡無(wú)影響，平衡不移動(dòng)，故E錯(cuò)誤；故選CD。③若30min后升高溫度至T2℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比從為2：1：1，氮?dú)夂投�氧化碳難度之比始終為1：1，所以2：1=6：3＞4：3，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，a<0；（4）A、溫度升高，反應(yīng)速率加快，因此T2＞T1，甲烷剩余量增多，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行，正反應(yīng)放熱，所以b＜0，故A錯(cuò)誤；B、當(dāng)溫度為T2、反應(yīng)進(jìn)行到40 min時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，x=0.15，故B錯(cuò)誤；C、溫度為T2時(shí)，若向平衡后的容器中再充入0.50 mol CH4和1.2mol NO2，平衡逆向移動(dòng)，重新達(dá)到平衡時(shí)，n（N2）小于原平衡n（N2）的2倍，故C正確；

D、對(duì)于反應(yīng) CH4（g）+2NO2（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）

起始（mol·L－1） 0.5 1.2 0 0 0

變化（mol·L－1） 0.4 0.8 0.4 0.4 0.8

平衡（mol·L－1） 0.1 0.4 0.4 0.4 0.8

溫度為T1時(shí)，平衡常數(shù)K= =6.4，若起始時(shí)向容器中充入0.50 mol CH4（g）、0.50 molNO2（g）、1.0 mol N2（g）、2.0 molCO2（g）、0.50 molH2O（g），濃度商==4＜K，平衡正向移動(dòng)，ν（正）＞ν（逆），故D正確。故選CD。