Question

CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=?867 kJ·mol^－1。該反應(yīng)可用于消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃時(shí)，分別將0.50 molCH₄和a molNO₂充入1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，測得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)編號	溫度	時(shí)間	0	10	20	40	50
1	130℃	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

 
（1）開展實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的目的是                                         。
（2）180℃時(shí)，反應(yīng)到40min，體系    （填“是”或“否”）達(dá)到平衡狀態(tài)，理由是                                               ；CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率為       。
（3）已知130℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為6.4，試計(jì)算a的值。（寫出計(jì)算過程）
（4）一定條件下，反應(yīng)時(shí)間t與轉(zhuǎn)化率μ（NO₂）的關(guān)系如圖所示，請?jiān)趫D像中畫出180℃時(shí)，壓強(qiáng)為P₂（設(shè)壓強(qiáng)P₂＞P₁）的變化曲線，并做必要的標(biāo)注。

（5）根據(jù)已知求算：ΔH2=                   。
CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=?574 kJ·mol^－1
CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH2

Answer 1

（16分）有效數(shù)字錯誤或無單位運(yùn)算或無作答，總扣1分
（1）研究溫度對該化學(xué)平衡的影響（2分）
（2）是（1分）   溫度升高，反應(yīng)加快，對比實(shí)驗(yàn)1，高溫下比低溫下更快達(dá)到平衡狀態(tài)。可確定40min時(shí)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)平衡狀態(tài)（2分）      70%（2分）
（3）          CH₄（g）+2NO₂（g）N₂（g）＋CO₂（g）+2H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：  0.5       n             0       0          0
變化濃度（mol/L）：  0.40     0.80           0.40    0.40        0.80
平衡濃度（mol/L）：   0.10    n-0.80          0.40    0.40        0.80 （2分）
則：，解得a＝1.2    
答：a的值為1.2  （2分）
（4）
（2分，無標(biāo)注扣1分）     
（5）?1160kJ/mol（3分）

試題分析：（1）控制變量進(jìn)行探究才能盡快得出合理結(jié)論，依題意可知，實(shí)驗(yàn)1和2的研究目的是溫度對化學(xué)平衡的影響，其他條件保持不變，僅僅反應(yīng)溫度分別為130℃、180℃；（2）130℃時(shí)，反應(yīng)到40min時(shí)甲烷的物質(zhì)的量保持不變，說明已達(dá)平衡，升高溫度，反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，則180℃時(shí)，反應(yīng)到40min，體系一定達(dá)到平衡狀態(tài)；由于平衡時(shí)甲烷的物的量保持不變，讀表可知平衡時(shí)甲烷為0.15mol，由于起始時(shí)甲烷為0.50mol，則甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率=(0.50—0.15)mol/0.50mol×100%=70%；（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，130℃時(shí)：
CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)
起始濃度（mol/L）  0.5     n         0     0       0
變化濃度（mol/L）  0.4    0.8        0.4   0.4      0.8
平衡濃度（mol/L）  0.1   n—0.8      0.4   0.4      0.8
則130℃時(shí)該反應(yīng)的K=[c(N₂)×c(CO₂)×c²(H₂O)]/[c(CH₄)×c²(NO₂)]=（0.4×0.4×0.8²）/[0.1×(n—0.8）²]=6.4， 解得：n=1.2；
（4）180℃、P₁變?yōu)?80℃、P₂，就是增大壓強(qiáng)，則反應(yīng)速率增大，平衡左移，二氧化氮的平衡轉(zhuǎn)化率減小，因?yàn)檎�反�?yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)；畫圖要點(diǎn)為：①起點(diǎn)與180℃、P₁時(shí)相同；②未達(dá)平衡前，180℃、P₂時(shí)曲線位于180℃、P₁時(shí)曲線的左邊；③180℃、P₂時(shí)達(dá)到平衡的時(shí)間小于180℃、P₁時(shí)；④平衡時(shí)，180℃、P₂時(shí)曲線位于180℃、P₁時(shí)曲線的下邊；
（5）CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=?867 kJ·mol^－1，由于系數(shù)加倍焓變也加倍，則2CH₄(g)+4NO₂(g)2N₂(g)+2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=?2×867 kJ·mol^－1，由于CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=?574 kJ·mol^－1，根據(jù)蓋斯定律，前者減去后者可得CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，且焓變等于?1160kJ/mol，故ΔH2=?1160kJ/mol。