Question

【題目】合理利用和轉(zhuǎn)化NO2、SO2、CO、NO等污染性氣體是環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。

（1）用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知：

①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574.0kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H=－1160.0 kJ/mol

③H2O(g)=H2O(1) △H=－44.0 kJ/mol

CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的熱化學(xué)方程式是__________________。

（2）已知2NO(g)+O2(g)2 NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2)

②N2O2(g)+O2(g)2 NO2(g) (慢) v2正=k2正·c (N2O2)·c(O2)， v2逆=k2逆·c 2(NO2)

一定溫度下，反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2 NO2(g)達到平衡狀態(tài)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式K=______________________(用k1正、k1正、k2逆、k2逆表示)，反應(yīng)①的活化能E1與反應(yīng)②的活化能E2的大小關(guān)系為E1___________E2（填“＞”“＜”或“=”）

（3）用活性炭還原法處理氮氧化物的有關(guān)反應(yīng)為：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。

向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫(T℃)時，各物質(zhì)的濃度隨時間的變化如下表：

①T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為___________(保留兩位有效數(shù)字)

②在31min時，若只改變某一條件使平衡發(fā)生移動，40min、50min時各物質(zhì)的濃度如上表所示，則改變的條件是______________________。

③在51min時，保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則化學(xué)平衡___________(填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”)。

（4）反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g) △H>0，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與各自的分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))有如下關(guān)系：v(N2O2)=k1·p(N2O4)，v(NO2)=k2·p2(NO2)其中k1、k2是與溫度有關(guān)的常數(shù)，相應(yīng)的速率與N2O4或NO2的分壓關(guān)系如圖所示。

在T℃時，圖中M、N點能表示該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，理由是______________________。改變溫度，v(NO2)會由M點變?yōu)?/span>A、B或C，v(N2O4)會由N點變?yōu)?/span>D、E或F，當(dāng)升高到某一溫度時，反應(yīng)重新達到平衡，相應(yīng)的點分別為___________(填字母)。

Answer 1

【答案】CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol ＜ .56 減小CO2濃度(其他合理也可) 正向移動 M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，根據(jù)化學(xué)方程式N2O4(g)2NO2(g)可以判斷出該反應(yīng)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率(其他合理答案也可) B、F

【解析】

（1）根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)焓變；

（2）v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2)，v2正=k2正·c (N2O2)·c(O2)， v2逆=k2逆·c 2(NO2)，可知c2(NO)=，c(N2O2)=，c(N2O2)·c(O2)=，c2(NO2)=，因而K=，

①2NO(g)N2O2(g)(快)；②N2O2(g)+O2(g)2 NO2(g) (慢)，反應(yīng)①的速率大于反應(yīng)②，可知活化能E1<E2；

（3）①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
②根據(jù)圖表數(shù)據(jù)計算分析判斷；
③根據(jù)在51min時保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，求出Qc與平衡常數(shù)K比較，以此判斷平衡移動方向；

（4）當(dāng)2v(N2O4)=v(NO2)時，證明v(正)=v(逆)，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，圖中只有M點的NO2的消耗速率是N點N2O4的消耗速率的2倍，所以表示達到化學(xué)平衡狀態(tài)的點是M、N；

反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫平衡向正反應(yīng)方向移動，NO2濃度增大，平衡分壓增加，N2O4濃度減小，平衡分壓減小，當(dāng)升高到某一溫度時，反應(yīng)重新達到平衡，相應(yīng)的點分別為B、F。

（1）①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574.0kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H=－1160.0 kJ/mol

③H2O(g)=H2O(1) △H=－44.0 kJ/mol

CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的熱化學(xué)方程式是

根據(jù)蓋斯定律計算（①+②+③×4）得到 CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的熱化學(xué)方程式：CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol；
因此，本題正確答案是：CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol；

（2）v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2)，v2正=k2正·c (N2O2)·c(O2)， v2逆=k2逆·c 2(NO2)，可知c2(NO)=，c(N2O2)=，c(N2O2)·c(O2)=，c2(NO2)=，

因而K=，

①2NO(g)N2O2(g)(快)；②N2O2(g)+O2(g)2 NO2(g) (慢)，反應(yīng)①的速率大于反應(yīng)②，可知活化能E1＜E2，

因此，本題正確答案是：；＜；

（3）①平衡狀態(tài)物質(zhì)的平衡濃度為，c(NO)=0.04mol/L；c(N2)=0.03mol/L；c(CO2)= 0.03mol/L；K===0.56；
因此，本題正確答案是：0.56；
② 31min時改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，根據(jù)平衡常數(shù)計算得到

c(NO)=0.032mol/L；c(N2)=0.034mol/L；c(CO2)= 0.017mol/L；

K===0.56，化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；根據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以可能是減小二氧化碳濃度；

因此，本題正確答案是：減小CO2濃度；

③在51min時保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則此時Qc===0.28<K=0.56，則化學(xué)平衡正向移動，
因此，本題正確答案是：正向移動；

p>（4）當(dāng)2v(N2O4)=v(NO2)時，證明v(正)=v(逆)，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，圖中只有M點的NO2的消耗速率是N點N2O4的消耗速率的2倍，所以表示達到化學(xué)平衡狀態(tài)的點是M、N；

反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫平衡向正反應(yīng)方向移動，NO2濃度增大，平衡分壓增加，N2O4濃度減小，平衡分壓減小，當(dāng)升高到某一溫度時，反應(yīng)重新達到平衡，所以相應(yīng)的點分別為B、F；

因此，本題正確答案是：M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，根據(jù)化學(xué)方程式N2O4(g)2NO2(g)可以判斷出該反應(yīng)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率； B、F。