Question

6．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對(duì)緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義．
（1）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器中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）△H=Q kJ/mol．在T₁℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間（min）測(cè)得各物質(zhì)的濃度（mol/L）如下：

時(shí)間 濃度	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是ad （填字母編號(hào)）．
a．通入一定量的NO   b．加入一定量的活性炭   c．加入合適的催化劑   d．適當(dāng)縮小容器的體積
 ②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3：1：1，則Q＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）某研究小組在實(shí)驗(yàn)室用某新型催化劑對(duì)CO、NO催化轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度、CO混存量的變化情況如1圖所示，利用以下反應(yīng)：NO+CO?N₂+CO₂（有CO），2NO?N₂+O₂（無(wú)CO）

①若不使用CO，溫度超過(guò)775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；在n（NO）/n（CO）=1的條件下，應(yīng)控制最佳溫度在870℃左右．
②用C_xH_y（烴）催化還原NO_x也可消除氮氧化物的污染．寫(xiě)出C₂H₆與NO₂發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O．
 ③以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖所示，在使用過(guò)程中石墨Ⅰ電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，則該電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

（3）天然氣的一個(gè)重要用途是制取H₂，其原理為：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
 ①在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1mol•L^-1的CH₄與CO₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示，則壓強(qiáng)P₁小于 P₂（填“大于”或“小于”）；壓強(qiáng)為P₂時(shí)，在Y點(diǎn)：v（正）大于v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）．
②天然氣也可重整生產(chǎn)化工原料，最近科學(xué)家們利用天然氣無(wú)氧催化重整獲得芳香烴X．由質(zhì)譜分析得X的相對(duì)分子質(zhì)量為106，其核磁共振氫譜如圖3，則X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)猓�二氧化碳濃度都增大，說(shuō)明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達(dá)到新平衡后個(gè)物質(zhì)濃度增大；
②若30min后容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1；1，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3：1：1，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱，據(jù)此解答即可；
（3）①該反應(yīng)正向?yàn)轶w積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越�。粔簭�(qiáng)為P₂時(shí)，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動(dòng)；
②已知X的相對(duì)分子質(zhì)量為l06，設(shè)其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$可知x=8，y=10，再根據(jù)質(zhì)譜圖中有2個(gè)峰，判斷分子中含有2種環(huán)境的H．

解答 解：（1）①30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)�，二氧化碳濃度都增大�?br />a．通入一定量的NO，反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到平衡后一氧化氮、氮?dú)狻⒍�氧化碳濃度增大，故a符合；
b．加入一定量的活性炭是固體，對(duì)平衡無(wú)影響，故b不符合；
c．加入合適的催化劑，只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變平衡，濃度不變，故c不符合；
d．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，平衡不動(dòng)，但個(gè)物質(zhì)濃度增大，符合要求，故d符合；故答案為：ad；
②若30min后，達(dá)到平衡時(shí)容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比2：1：1，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3：1：1，所以平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)Q＜0；故答案為：＜；
（2）①升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時(shí)，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為100%，故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；870℃；
②C₂H₆與NO₂發(fā)生反應(yīng)生成無(wú)毒的N₂、CO₂和H₂O，反應(yīng)為4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O，故答案為：4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O；
③燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（3）①該反應(yīng)正向?yàn)轶w積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越小，已知相同溫度下，P₁條件下的轉(zhuǎn)化率大于P₂，則P₁小于P₂；壓強(qiáng)為P₂時(shí)，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動(dòng)，所以v（正）大于v（逆）；故答案為：小于；大于；
②芳香烴X，已知X的相對(duì)分子質(zhì)量為l06，設(shè)其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$可知x=8，y=10，說(shuō)明分子中含有一個(gè)苯環(huán)，另外含有2個(gè)C原子，再根據(jù)質(zhì)譜圖中有2個(gè)峰，可知分子中含有2種環(huán)境的H，則分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為；故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理、方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)、有機(jī)物分子式的確定等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．