Question

【題目】近年來“霧霾”污染日益嚴重，原因之一是機動車尾氣中含有NO、NO2、CO等氣體，火力發電廠釋放出大量的NOx、SO2和CO2等氣體也是其原因，現在對其中的一些氣體進行了一定的研究：

（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

寫出 CH4(g)與 NO2(g)反應生成 N2(g)、CO2(g)和 H2O(l)的熱化學方程式： _____________________________________________________________。

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

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

（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，發生反應C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH=a kJ/mol

在T1℃時，反應進行到不同時間測得各物質的量濃度如下：

時間/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根據圖表數據分析T1℃時，該反應在0-20min的平均反應速率v（NO）=_____________________；計算該反應的平衡常數K=____________________。

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

A．通入一定量的CO2 B．加入合適的催化劑

C．適當縮小容器的體積 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℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為2:1:1，則達到新平衡時NO的轉化率____________（填“升高”或“降低”），a________0（填“>”或“<”）。

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

測得有關數據如下表：

溫度	時間/min 物質的量	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

下列說法正確的是__________________。

A．T1＞T2，且b＞0

B．當溫度為T2、反應進行到40 min時， x＞0.15

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

D．溫度為T1時，若起始時向容器中充入0.50 mol CH4(g)、0.50 molNO2(g)、1.0 mol N2(g)、2.0 molCO2(g)、0.50molH2O(g)，反應開始時，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）該反應為放熱反應，升高溫度，正逆反應速率均增大，都應該比原來的速率大，圖象與實際情況不相符，故甲錯誤；升高溫度，反應向著逆向進行，反應物的轉化率減小，反應速率加快，圖象與實際反應一致，故乙正確，壓強相同時，升高溫度，反應向著逆向移動，一氧化氮的體積分數應該增大，圖象與實際不相符，故丙錯誤，故選乙；（3）0～20min內，CO2的平均反應速率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；反應的平衡常數K= =0.56；②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），依據圖表數據分析，平衡狀態物質濃度增大，依據平衡常數計算K=，平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，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按方程式計量數之比同時增大，通入一定量的CO2不合理，故A錯誤； B．加入催化劑不能使平衡移動，故B錯誤；C．適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態物質濃度增大，故C正確；D．通入一定量的NO，新平衡狀態下物質平衡濃度增大，故D正確；E．加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不移動，故E錯誤；故選CD。③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比從為2：1：1，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以2：1=6：3＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動，達到新平衡時NO的轉化率降低，說明逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，a<0；（4）A、溫度升高，反應速率加快，因此T2＞T1，甲烷剩余量增多，說明反應逆向進行，正反應放熱，所以b＜0，故A錯誤；B、當溫度為T2、反應進行到40 min時，反應達到平衡狀態，x=0.15，故B錯誤；C、溫度為T2時，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，重新達到平衡時，n（N2）小于原平衡n（N2）的2倍，故C正確；

D、對于反應 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，平衡常數K= =6.4，若起始時向容器中充入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，ν（正）＞ν（逆），故D正確。故選CD。