Question

【題目】建設(shè)“美麗中國(guó)”首先要做好環(huán)境保護(hù)與治理。氮氧化物（NOx）是嚴(yán)重的大氣污染物，其主要來(lái)源有汽車尾氣和硝酸工廠等。氮氧化物（NOX）能引起霧霾、光化學(xué)煙霧、酸雨等環(huán)境問(wèn)題。某科研機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了如下轉(zhuǎn)化氮氧化物的幾種方案。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）方案Ⅰ：利用甲烷在催化劑條件下還原NOx，相關(guān)反應(yīng)如下：

①N2（g）+O2（g）=2NO（g） H1=+180.5kJ/mol

②CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（l） H2= -574kJ/mol

③CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+ CO2（g）+2H2O（l） H3= -1160kJ/mol

則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式是________ 。

（2）方案Ⅱ：利用CO在催化劑條件下還原NOx：2NOx（g）+2xCO（g）N2（g）+2xCO2（g） H。向容積均為2L的甲（溫度為T1）、乙（溫度為T2）兩個(gè)恒容密閉容器中分別充入2 mol NO2（g）和3 mol CO（g）。反應(yīng)過(guò)程中兩容器內(nèi)CO2的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示：

①甲容器中，平衡時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為____；

②T1___T2（填“>”或“<”）；△H___0（填“>”或“<”），判定的依據(jù)是____；

③T2溫度時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____；

④乙容器達(dá)到平衡后，再充入3 mol NO2和2 molCO2，此時(shí)v（正）___v（逆）（填“>”“<”或“=”）。

Answer 1

【答案】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H=799kJ/mol > < 溫度升高，c（CO2）低，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 16 =

【解析】

在書寫物質(zhì)的燃燒熱的熱化學(xué)方程式時(shí)，要注意可燃物的化學(xué)計(jì)量系數(shù)為1，方程式表示的必須是可燃物的完全燃燒，若有水生成，務(wù)必要為液態(tài)。由于溫度越高，反應(yīng)速率一般越大；所以對(duì)于不同溫度下，物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的圖像，濃度變化的越快，說(shuō)明相應(yīng)的溫度越高；判斷出溫度的大小后，再根據(jù)不同溫度平衡濃度的大小關(guān)系結(jié)合勒夏特列原理就可以分析出反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)。平衡常數(shù)，高中階段認(rèn)為只和溫度有關(guān)；所以利用溫度不變平衡常數(shù)不變，通過(guò)判斷濃度商和平衡常數(shù)的大小關(guān)系，就可以確定條件改變對(duì)平衡的影響。

(1)甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為： ；根據(jù)蓋斯定律，，代入數(shù)據(jù)得；

(2)①根據(jù)CO還原NO2的方程式：，甲容器中平衡時(shí)CO2的濃度增加了0.6mol/L，那么NO2的濃度減小了0.3mol/L，即物質(zhì)的量減少了0.6mol，因此轉(zhuǎn)化率為：；

②由于T1條件下，CO2濃度變化更快，所以該溫度下反應(yīng)速率更大，因此溫度更高；溫度從T1降到T2，CO2的平衡濃度上升，平衡正向移動(dòng)，因此，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)；

③溫度為T2時(shí)，CO2平衡濃度為1mol/L，根據(jù)反應(yīng)的方程式：，N2的平衡濃度即0.25mol/L，NO2的平衡濃度為0.5mol/L，CO的平衡濃度為0.5mol/L，所以該溫度下平衡常數(shù)為：；

④乙容器達(dá)到平衡后，若再充入3molNO2和2molCO2，則此時(shí)NO2的濃度為2mol/L，CO2的濃度為2mol/L；此時(shí)，濃度商為：，由于溫度未變化，所以此時(shí)的K仍為16，Q=K，所以，反應(yīng)仍維持平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等；