Question

【題目】近年我國汽車擁有量呈較快增長趨勢，汽車尾氣已成為重要的空氣污染物。回答下列問題：

（1）汽車發動機工作時會引起反應：N2(g)+O2(g) 2NO(g)，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。一定量NO發生分解的過程中，NO的轉化率隨時間變化的關系如右圖所示。

①反應2NO(g) N2(g)+O2(g)為________反應(填“吸熱”或“放熱”)；

②一定溫度下，能夠說明反應2NO(g) N2(g)+O2(g)已達到平衡的是______(填序號)；

a．容器內的壓強不發生變化 b．混合氣體的密度不發生變化

c．NO、N2、O2的濃度保持不變 d．單位時間內分解4 mol NO，同時生成2 mol N2

（2）當發動機采用稀薄燃燒時，尾氣中的主要污染物為NOx。可用CH4催化還原NOx以消除氮氧化物污染。

已知：CH4(g)+4NO2(g)=== 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574 kJ·mol-1

CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－867 kJ·mo1-1

寫出CH4與NO反應生成N2、CO2、H2O(g)的熱化學方程式：______________________；

（3）大氣污染物氮氧化物可以用活性炭還原法處理。某研究小組向某0.5L的密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發生反應C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2 (g)。在T1℃時，反應進行到不同時間測得各物質的物質的量如下：

時間（min） 物質的量（mol）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.32	0.32
N2	0	0.21	0.30	0.30/span>	0.34	0.34
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.17	0.17

①0~10min內，NO的平均反應速率v(NO)＝________________；T1℃時，該反應的平衡常數K＝___________________________；

②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是__________（填字母編號）。

a．加入一定量的活性炭 b．通入一定量的NO

c．適當縮小容器的體積 d．加入合適的催化劑

f．移出一定量的CO2

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5:3:3，則 H_________0（填“＞”或“＜”或“＝”）。

Answer 1

【答案】 放熱 c CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ/mol 0.084mol·L－1·min－1 （或0.56） f ＜

【解析】（1）①根據“先拐先平”可知，T2大于T1，溫度越高，NO的轉化率越小，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，則逆反應為吸熱，正反應為放熱反應；②a．該反應是反應氣體體積不變的反應，所以無論反應是否達到平衡狀態，體系的壓強始終不變，故a錯誤；b．混合氣體的總質量不變，容器體積不變，密度始終保持不變，密度不變不能做為平衡狀態的標志，故b錯誤；c.NO、N2、O2的濃度保持不變，達到平衡狀態，故c正確；d.單位時間內分解4molNO，同時生成2molN2，都是逆反應速率，不能說明反應達到平衡狀，故d錯誤；答案選c；（2）已知：①CH4(g)+4NO2(g)=== 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=－574 kJ·mol-1

②CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2=－867 kJ·mo1-1

根據蓋斯定律，由②-①得反應CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－867 kJ·mo1-1-（－574 kJ·mol-1）=-1160kJ/mol；（3）①分析圖表數據，0～10min內，NO的平均反應速率v（NO）==0.084mol·L－1·min－1；20min時反應C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2 (g)達平衡，NO、N2、CO2的物質的量濃度分別為0.80mol/L、0.60mol/L、0.60mol/L,化學平衡常數表達式為K=；②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數據分析可知氮氣濃度增大，一氧化氮、二氧化碳濃度都減小；a．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，不符合；b．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，不符合；c．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但是物質濃度都增大，不符合；d．加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，不符合；f．移出一定量的CO2，平衡正向移動，氮氣的濃度增大，一氧化氮、二氧化碳的濃度減小，符合。答案選f；③若

30min后，達到平衡時容器中NO、N2、CO2的濃度之比4：3：3，升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5：3：3，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正反應方向是放熱反應H＜0。