Question

【題目】氮氧化物能形成酸雨和光化學(xué)煙霧，嚴(yán)重污染環(huán)境。燃煤和機(jī)動(dòng)車尾氣是氮氧化物的主要來源�，F(xiàn)在對(duì)其中的一些氣體進(jìn)行了一定的研究：

（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·moll

②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= 1160 kJ·moll

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

（2）在汽車尾氣排氣管口采用催化劑將NO和CO轉(zhuǎn)化成無污染氣體。T℃時(shí)，將等物質(zhì)的量的NO和CO充入容積為2 L的密閉容器中，保持溫度和體積不變，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中NO的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示。

①寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________________。

②10 min內(nèi)該反應(yīng)的速率v(CO)=__________________；T℃時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______。

③若該反應(yīng)△H＜0，在恒容的密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是____________。（填序號(hào)）

④一定溫度下，在恒容密閉容器中充入一定量NO和CO進(jìn)行該反應(yīng)，下列選項(xiàng)能判斷反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____________。

A．容器中壓強(qiáng)不再變化 B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化

C．2v正(NO)=v逆(N2) D．氣體的密度不再變化

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g) △H=867 kJ·moll 2NO+2CON2+2CO2 0.010 mol·Ll·minl K=5 bc AB

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

（2）①NO和CO在一定條件下轉(zhuǎn)化為 N2和CO2，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；

②根據(jù)v(NO)=n(NO)/Vt進(jìn)行計(jì)算；求出該溫度下各物質(zhì)的平衡濃度，然后根據(jù)K= c2(CO2)c(N2)/c2(CO)c2(NO)帶入數(shù)值進(jìn)行計(jì)算；

③結(jié)合2NO+2CON2+2CO2△H＜0反應(yīng)特點(diǎn)，根據(jù)外界條件的改變對(duì)平衡移動(dòng)影響的規(guī)律進(jìn)行分析；

④根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)：正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度保持不變及由此衍生出的其他物理量變化情況進(jìn)行分析判斷。

（1）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；根據(jù)蓋斯定律可知：1/2×[①+②]可得：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g)△H=1/2×(574-1160)=867 kJ·mol-1；

綜上所述，本題答案是：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=867 kJ·mol-1。

（2）①將NO和CO轉(zhuǎn)化成無污染氣體參與大氣循環(huán)，則氣體為N2和CO2，根據(jù)圖像分析，NO并未完全反應(yīng)，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，化學(xué)方程式為：2NO+2CON2+2CO2；

綜上所述。本題答案是：2NO+2CON2+2CO2 。

②10min時(shí)，NO的物質(zhì)的量變化為△n(NO)=0.4mol-0.2mol=0.2mol，容器體積為V=2L，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平均速率的公式v(NO)=n(NO)/Vt=0.2/10×2=0.01mol/(L·min)，T℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中各組分的濃度為c(NO)=0.2/2=0.1mol/L，c(CO)=0.2/2=0.1mol/L，c(N2)=0.1/2=0.05mol/L，c(CO2)=0.2/2=0.1mol/L，則該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c2(CO2) c(N2)/c2(CO)c2(NO)=0.12×0.05/0.12×0.12=5L/mol；

綜上所述，本題答案是：0.010 mol·Ll·minl ，K=5。

③2NO+2CON2+2CO2△H＜0。

a．隨著溫度升高，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)隨溫度的升高而減小，故a錯(cuò)誤；

b．增加N2物質(zhì)的量，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率降低，故b正確；

c．平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變，改變NO的量不改變化學(xué)平衡常數(shù)，故c正確；

d．隨著溫度升高，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故d錯(cuò)誤；

綜上所述，本題選bc；

④A．反應(yīng)為氣體分子數(shù)發(fā)生變化的反應(yīng)，即隨著反應(yīng)進(jìn)行，壓強(qiáng)發(fā)生變化，當(dāng)容器中壓強(qiáng)不再變化時(shí)，可以判斷化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A可選；

B．CO2為生成物，當(dāng)CO2的濃度不再改變時(shí)，可判斷化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B可選；

C. v正(NO)=2v逆(N2)，可判斷化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，而2v正(NO)=v逆(N2)違背化學(xué)反應(yīng)速率之比和系數(shù)成正比的規(guī)律，故C不選；

D．氣體密度ρ＝m/V，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量m不變，體積為恒容容器，V不變，則化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡前后，氣體密度始終不變，不可以判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故D不選；

綜上所述，本題選AB。