Question

【題目】近年來(lái)，霧霾天氣多次肆虐全國(guó)各地。其中，燃煤的煙道氣和汽車(chē)尾氣中含有的氮氧化合物是造成空氣污染的原因之一。

（1）用CH4催化還原氮氧化物。已知CH4 (g)＋2O2 (g)＝CO2 (g)＋2H2O (l);ΔH1＝a kJ/mol，欲計(jì)算反應(yīng)CH4 (g)＋4NO (g)＝2N2 (g)＋CO2 (g)＋2H2O (l)的焓變?chǔ)�H2 ， 則還需要查找某化合反應(yīng)的焓變?chǔ)�H3，當(dāng)反應(yīng)中各物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為最簡(jiǎn)整數(shù)比時(shí) ΔH3 = b kJ/mol，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____________________。據(jù)此計(jì)算出ΔH2 =_______kJ/mol（用含a和b的式子表示）。

（2）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C(s) + 2NO(g)N2 (g) + CO2 (g) ΔH。某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫(T1℃)條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol·L－1 時(shí)間/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

① T1℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________（保留兩位小數(shù)）。

② 30 min后，改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是________________。

③ 若30 min后升高溫度至T2℃/span>，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5:3:3，則該反應(yīng)的ΔH____________0（填“>”、“=”或“<”）。

Answer 1

【答案】N2(g) + O2(g)＝2NO(g) H3 = b kJ/mol a－2b 0.56 減少CO2的濃度 ＜

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律將相關(guān)的熱化學(xué)方程式加合運(yùn)算。

(2) ①由表格數(shù)據(jù)可知反應(yīng)進(jìn)行到第20min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)表格數(shù)據(jù)直接代入平衡常數(shù)表達(dá)式中計(jì)算即可。②從30min到40min，各NO濃度減小0.008mol/L，N2濃度增加了0.004mol/L，CO2濃度減小了0.013mol ,CO2濃度減小與NO和N2變化趨勢(shì)不符合事實(shí)，說(shuō)明改變的條件是從反應(yīng)體系中分離出CO2使其濃度降低。③分析溫度改變前后NO、N2、CO2濃度之比的變化即可得到答案。

(1)已知CH4 (g)＋2O2 (g)＝CO2 (g)＋2H2O (l);ΔH1＝a kJ/mol①，CH4 (g)＋4NO (g)＝2N2 (g)＋CO2 (g)＋2H2O (l);ΔH2 ②，根據(jù)蓋斯定律，將[①-②]÷2得“某化合反應(yīng)”的熱化學(xué)方程式：O2(g)+N2(g)=2NO(g), ΔH3= bkJ/mol。根據(jù)ΔH3==bkJ/mol，解得ΔH2=ΔH1－2b=a－2bkJ/mol。

(2)①由表格數(shù)據(jù)可知反應(yīng)進(jìn)行到第20min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K==。②從30min到40min，由表格數(shù)據(jù)知NO濃度減小了0.04mol/L-0.032mol/L=0.008mol/L，N2濃度增加了0.034mol/L-0.03mol/L=0.004mol/L，CO2濃度減小了0.03mol/L-0.017mol/L=0.013mol，NO和N2的濃度變化量符合計(jì)量數(shù)之比，而CO2濃度減小且減小量較大，因此可推知改變的條件是減小CO2的濃度。③第30min達(dá)到平衡時(shí)容器中NO、N2、CO2的濃度之比為0.04:0.03:0.03=4:3:3，而升高溫度到T20C達(dá)到平衡時(shí)容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5:3:3，比較兩個(gè)比值可知NO的濃度增大了，說(shuō)明升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)勒夏特列原理，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)即ΔH<0。