Question

氮及其化合物與人類各方面有著密切的聯(lián)系．
Ⅰ現(xiàn)有一支15mL的試管，充滿NO倒置于水槽中，向試管中緩緩?fù)ㄈ胍欢�量氧氣，�?dāng)試管內(nèi)液面穩(wěn)定時，剩余氣體3mL．則通入氧氣的體積可能為

 

mL．
Ⅱ目前，消除氮氧化物污染有多種方法．
（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=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol
寫出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）用活性炭還原法處理氮氧化物，有關(guān)反應(yīng)為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T⁰C）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.068	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①不能作為判斷反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

；（選填字母代號）
A．容器內(nèi)CO₂的濃度保持不變  B．v_正（N₂）=2v_正（NO）  C．容器內(nèi)壓強保持不變  D．混合氣體的密度保持不變  E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
②前20分鐘，平均反應(yīng)速率v（NO）=

 

．
③在T⁰C時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

（保留兩位小數(shù)）；
④在30 min，改變某一條件反應(yīng)重新達到平衡，則改變的條件是

 

．
（3）科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將超音速飛機尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂，其反應(yīng)為：
2NO+2CO

催化劑

2CO₂+N₂△H＜0．
研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下表中．

實驗編號	T（0C）	NO初始濃度 （mol/L）	CO初始濃度 （mol/L）	催化劑的比 表面積（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	a	b	c	124
Ⅲ	350	d	e	124

上表中：a=

 

，b=

 

，e=

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,熱化學(xué)方程式,等效平衡

專題：化學(xué)平衡專題

分析：Ⅰ（1）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃進行計算，剩余的可能是一氧化氮也可能時氧氣，進行討論；
Ⅱ（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）①依據(jù)化學(xué)反應(yīng)處于平衡時，正逆反應(yīng)速率相等；
②根據(jù)v=

△c

△t

計算；
③當(dāng)20-30min時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，根據(jù)K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

計算；
④根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)；
（3）根據(jù)實驗?zāi)康尿炞C溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，則應(yīng)保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時比較溫度，然后利用影響化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的因素來分析圖象．

解答： Ⅰ（1）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃可知，一氧化氮和氧氣按4：3反應(yīng)，如果剩余的是一氧化氮，則參加反應(yīng)的一氧化氮為12mL，則需氧氣的體積為12×

3

4

mL=9mL，如果剩余的是氧氣，則參加反應(yīng)的氧氣為15×

3

4

mL=11.25mL，則需要氧氣的總量為11.25mL+3mL=14.25mL，故答案為：9或14.25；
Ⅱ（1）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
依據(jù)蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
（2）①A．容器內(nèi)CO₂的濃度保持不變，根據(jù)平衡的特征可知，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，B．v_正（N₂）=2v_正（NO），不能反映正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率的關(guān)系，故無法判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，C．由于該反應(yīng)是前后體積不變的反應(yīng)，所以容器內(nèi)壓強保持不變，不能判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，D．由于該反應(yīng)的容器的體積不變，但氣體的質(zhì)量在反應(yīng)過程中是不斷的改變的，所以當(dāng)混合氣體的密度保持不變時，則說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)  E．由于混合氣體的總物質(zhì)的量不變，而氣體的質(zhì)量不守恒，所以當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變時，則說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，故選BC；
②由圖表可知，在前20分鐘NO的濃度變化為0.06mol/L，所以前20分鐘平均反應(yīng)速率v（NO）=

0.06mol/L

20min

=0.003mol/（L?min），故答案為：0.003mol/（L?min）；
③當(dāng)20-30min時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56，故答案為：0.56；
④根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)，故答案為：分離出了二氧化碳；
（3）因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；Ⅱ、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來驗證反應(yīng)溫度對速率的影響；分析判斷a為280度，b為1.2×10^-3mol/L，e為5.80×10^-3  mol/L
故答案為：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；

點評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動的影響因素、平衡狀態(tài)的判斷等，側(cè)重考查學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析處理能力，題目難度中等．