Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用。回答下列關于氮元素的有關問題。
（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^－1
②CH₄（g） +4NO（g） =2N₂（g） + CO₂（g） + 2H₂O（g）；⊿H=" -1160" kJ·mol^－1
③H₂O（g） = H₂O（l） ； △H= -44．0 kJ·mol^－1
寫出CH₄（g）與NO₂（g）反應生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（1）的熱化學方程式                          ，該反應的熵變⊿S     0（填“＞”、“＜”、“="”" ）。
（2）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關反應為：C（s）+2NO（g）N₂（g）+CO₂（g） 。某研究小組向某密閉的真空容器（假設容器體積不變，固體試樣體積忽略不計）中加入NO和足量的活性炭，恒溫（T₁℃）條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如右表：

①10min~20min以V（CO₂） 表示的反應速率為              。
②該反應的平衡常數的表達式為：K=         ，根據表中數據，計算T₁℃時該反應的平衡常數為   　　   （保留兩位小數）。
③下列各項能作為判斷該反應達到平衡的是    （填序號字母）。
a．容器內壓強保持不變　　      b．2V（NO）_（正）= V（N₂）_（逆）
c．容器內CO₂的體積分數不變     d．混合氣體的密度保持不變
④30min后，改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件可能是              。
⑤一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉化率        （填“增大”、“不變”或“減小”） 。

Answer 1

（13分）（1）①CH₄（g）+2NO₂（g） =N₂（g） + CO₂（g） +2H₂O（l）；⊿H=" -955" kJ·mol^－1（2分），＜（1分）
（2 ） ① 0．009 mol·L^－1·min^－1（1分，沒寫單位不得分）
②K＝，　（1分）　K=0．56 （2分）
③c、d  （2分,寫對一個得1分，多些、錯寫不給分）
④減小 CO₂的濃度   （2分）   ⑤不變     （2分）

試題分析：（1）根據蓋斯定律可知，（①＋②－③×4）÷2即得到CH₄（g）+2NO₂（g） =N₂（g） + CO₂（g） +2H₂O（l），所以該反應的反應熱△H＝（－574 kJ/mol－1160 kJ/mol＋44．0 kJ/mol×4）÷2＝－955 kJ/mol。根據反應式可知，該反應是體積減小的可逆反應，所以該反應的熵變⊿S＜0。
（2）①10min～20min內，CO₂的濃度增加了0.30mol/L－0.21mol/L＝0.09mol/L，所以以V（CO₂）表示的反應速率為0.09mol/L÷10min＝0.009mol/(L·min)。
②反應進行到40min時，各種物質的濃度不再發生變化，說明反應已經達到平衡狀態，則該反應的平衡常數K＝＝。
③在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，所以選項c正確；根據方程式可知，反應前后體積是不變的，所以壓強始終是不變的，則a不能說明；b中反應速率的方向相反，但不能滿足速率之比是相應的化學計量數之比，不正確；密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中容積始終是不變的，但質量是變化的，d正確，答案選cd。
④根據表中數據可知，NO和CO₂的濃度減少，氮氣的濃度增加，這說明改變的條件是減小 CO₂的濃度，平衡向正反應方向移動。
⑤由于反應前后體積不變，且反應物只有NO一種氣體，所以一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，但平衡不移動，則NO的平衡轉化率不變。
點評：該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題。試題綜合性強，難度較大，側重對學生能力的培養。試題在注重基礎知識鞏固，側重對學生解題方法的指導與訓練。有利于調動學生的學習興趣和學習積極性，提高學生的應試能力和效率。