Question

【題目】氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要應用。

(1)煙氣中的氮氧化物(NOx)可與甲烷在一定條件下反應轉化為無害成分，從而消除污染。已知

反應	反應熱(△H/kJ·mol-1)	平衡常數(K)
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)	a	K1
N2(g)+O2(g)═2NO(g)	b	K2

則CH4脫硝的熱化學方程式為CH4(g) + 4NO (g)CO2(g) + 2N2(g) + 2H2O ΔH=_________kJ/mol(用a、b表示)；平衡常數K3=_________(用K1、K2表示)。

(2)用活性炭還原法可以消除NO 的污染，發生的反應為C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。1molNO 和足量的活性炭在T℃、容積恒定為2L的密閉容器中反應，經過5min反應達到平衡，測得NO的物質的量為0.4mol。

①從反應開始到5min,用氮氣表示的平均反應速率為_________。達到平衡后，向容器中再通入0.1molNO氣體和0.3molCO2氣體，則此平衡將_________(填“正向移動”“不移動”或“逆向移動”)。

②能判斷該反應一定達到化學平衡狀態的依據是_________(填標號)。

a.NO和N2的體積比保持不變

b.單位時間內生成2nmolNO的同時消耗nmolCO2

c.恒溫恒容條件下，反應體系的壓強不再發生改變

d.恒容條件下，混合氣體的平均相對分子質量不變

(3)某實驗小組模擬4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) ΔH=-1200kJ·mol-1凈化過程，一定溫度下，在2L的恒容密閉容器中，起始時按照甲、乙兩種方式進行投料，經過一段時間后達到平衡狀態，測得甲中CO的轉化率為50%，則該反應的平衡常數為__________；兩種方式達平衡時，N2的體積分數：甲______乙(填“>、=、<或不確定”)

甲	乙
0.2molNO2	0.1molNO2
0.4molCO	0.2molCO

Answer 1

【答案】a﹣2b 0.03mol/(L.min) 逆向移動 d 10 >

【解析】

(1)依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，平衡常數=，依據反應的平衡常數計算分析平衡常數的關系；

(2)①根據NO的物質的量變化計算NO的消耗速率，再由計量數之比等于化學反應速率之比計算N2的生成速率，根據Qc與K的關系判斷化學反應的方向；

②反應達到平衡時，v正＝v逆，混合氣體的平均相對分子質量為m，據此逐項分析；

(3)結合反應，列“三段式”求解平衡常數，溫度不變，平衡常數不變，計算乙中氮氣的體積分數。

(1) ①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)K1=△H=akJmol1；②N2(g)+O2(g)═2NO(g)K2=△H=bkJmol1；依據蓋斯定律計算，①②×2得到CH4脫硝的熱化學方程式為CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l)△H=(a2b)kJmol1；K3=；

(2) ①1molNO 和足量的活性炭在TC、容積恒定為2L的密閉容器中反應，經過5min反應達到平衡，測得NO的物質的量為0.4mol，則NO的消耗速率為v(NO)==0.06mol/(Lmin)，再由計量數之比等于化學反應速率之比，則N2的生成速率為v(NO)=0.03mol/(Lmin)，

所以化學平衡常數K===916；

達到平衡后，向容器中再通入0.1molNO氣體和0.3molCO2氣體，則Qc==1825>K，所以平衡逆向移動；

②a．NO和N2的體積比取決于反應物的通入量，反應進行的程度，不能通過NO和N2的體積比保持不變判斷化學反應達到平衡，故a不符合題意；

b．單位時間內生成2molNO的同時消耗1molCO2，說明化學反應達到平衡，不是nmolCO2，故b不符合題意；

c．恒溫恒容條件下，反應體系的壓強不再發生改變，反應為氣體分子數不變的反應，整個反應過程，體系壓強始終不變，不能通過壓強說明反應達到平衡，故c不符合題意；

d．混合氣體的平均相對分子質量為，反應前后混合氣體總物質的量n不變，混合氣體總質量m改變，則混合氣體的平均相對分子質量改變，當混合氣體的平均相對分子質量，一定可以說明化學反應達到平衡，故d符合題意；

故答案為：d；

(3) 已知：4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) 一定溫度下，在2L的恒容密閉容器中，經過一段時間后達到平衡狀態，測得甲中CO的轉化率為50%，列“三段式”：

則甲中反應的平衡常數為K=10；條件不變的情況下，甲的投料比是乙的兩倍，即可認為甲是乙達到平衡后增大壓強促使平衡正向移動，N2的體積分數分數增大。