Question

目前，消除氮氧化物污染有多種方法．
（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）+CO（g）+2HO（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol．
寫出CH₄（g）與NO₂（g）反應(yīng)生成N₂（g），CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程 式

 

（2）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關(guān)反應(yīng)為：某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度下：

物質(zhì) 濃度（mol/L） 時間（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不能作為判斷反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

A．容器內(nèi)CO₂的濃度保持不變 
B．v_正（N₂）=2v_正（NO）
C．容器內(nèi)壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
②在T℃時．該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

（保留兩位小數(shù)）；
③在30min，改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，則改變的條件是

 

（3）科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將超音速飛機尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂，其反應(yīng)為：
2NO+CO

催化劑

2CO₂+N₂C△H＜0．
研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積對化學(xué)反 應(yīng)速率的影響規(guī)律、某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下表中．

試驗編號	T（℃）	NO初始濃度（mol/L）	CO初始濃度（mol/L）	催化劑的比表面積m2/g
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	a	b	c	124
Ⅲ	350	d	e	124

①上表中：a=

 

，b=

 

，e=

 

②請在給出的坐標(biāo)圖中，畫出上表中實驗Ⅱ和實驗Ⅲ條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，并標(biāo)明相應(yīng)的實驗編號．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(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；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的實質(zhì)是正逆反應(yīng)速率相等，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷；
②20min-30min反應(yīng)達到平衡，圖表中平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)的概念計算得到；
③依據(jù)圖表數(shù)據(jù)變化分析，30min末一氧化氮和二氧化碳濃度減小，氮氣濃度增大，結(jié)合計算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷；改變的條件可能是減小二氧化碳濃度；
（3）根據(jù)實驗?zāi)康尿炞C溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，則應(yīng)保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時比較溫度，然后利用影響化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的因素來分析圖象．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
由蓋斯定律①+②+③×2得到：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）；△H=-1910 kJ?mol^-1；
則熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
（2）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)；
A．容器內(nèi)CO₂的濃度保持不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，當(dāng)v_正（NO）=2v_逆（N₂），反應(yīng)達到平衡，v_正（NO）=2v_正（N₂）z只能說明反應(yīng)正向進行，故B錯誤；
C．反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過程中和反應(yīng)平衡狀態(tài)壓強相同，所以容器內(nèi)壓強保持不變不能說明反應(yīng)達到平衡，故C錯誤；
D．混合氣體密度等于質(zhì)量除以體積，反應(yīng)中碳是固體，平衡移動氣體質(zhì)量變化，體積不變，所以混合氣體的密度保持不變，說明反應(yīng)達到平衡，故D正確；
E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于氣體總質(zhì)量除以總物質(zhì)的量，反應(yīng)中碳是固體，平衡移動，氣體質(zhì)量發(fā)生變化，氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故E正確；
故選BC；
②20-30min反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g），各物質(zhì)的平衡濃度為：c（CO₂）=c（N₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L，反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=

c(CO2)c(N2)

c2(NO)

=

0.3×0.3

0．42

=0.56，故答案為：0.56；
③30min時改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，依據(jù)平衡常數(shù)計算得到c（N₂）=0.34mol/L；c（CO₂）=0.17mol/L；c（NO）=0.32mol/L；K=

c(CO2)c(N2)

c2(NO)

=

0.34×0.17

0.322

=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；依據(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，所以減小二氧化碳濃度，平衡正向進行的結(jié)果，故答案為：減小二氧化碳濃度；
（3）①因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；
Ⅱ、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來驗證反應(yīng)溫度對速率的影響；分析判斷a為280度，b為1.2×10^-3mol/L，e為5.80×10^-3  mol/L
故答案為：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；
②因Ⅰ、Ⅱ溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，則平衡不移動，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達到化學(xué)平衡，Ⅰ、Ⅱ達平衡時NO的濃度相同；
而Ⅲ的溫度高，則反應(yīng)速率最大且平衡逆移，即達到化學(xué)平衡時c（NO）增大，表中實驗Ⅱ和實驗Ⅲ條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖為：
，故答案為：．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫和蓋斯定律計算應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)及其化學(xué)平衡影響因素和平衡標(biāo)志的分析判斷，圖象繪制是解題的難點，題目難度中等．