Question

目前，消除氮氧化物污染有多种方法．
（1）用CH₄催化还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．
写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g），CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程 式

 

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物．有关反应为：某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度下：

物质 浓度（mol/L） 时间（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不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是

 

A．容器内CO₂的浓度保持不变 
B．v_正（N₂）=2v_正（NO）
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量保持不变
②在T℃时．该反应的平衡常数为

 

（保留两位小数）；
③在30min，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件是

 

（3）科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂，其反应为：
2NO+CO

催化剂

2CO₂+N₂C△H＜0．
研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反 应速率的影响规律、某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中．

试验编号	T（℃）	NO初始浓度（mol/L）	CO初始浓度（mol/L）	催化剂的比表面积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请在给出的坐标图中，画出上表中实验Ⅱ和实验Ⅲ条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明相应的实验编号．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①依据化学平衡状态的实质是正逆反应速率相等，结合反应特征分析判断；
②20min-30min反应达到平衡，图表中平衡浓度，依据平衡常数的概念计算得到；
③依据图表数据变化分析，30min末一氧化氮和二氧化碳浓度减小，氮气浓度增大，结合计算平衡常数和浓度变化分析判断；改变的条件可能是减小二氧化碳浓度；
（3）根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比表面积时比较温度，然后利用影响化学反应速率及化学平衡的因素来分析图象．

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
由盖斯定律①+②+③×2得到：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）；△H=-1910 kJ?mol^-1；
则热化学方程式为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
（2）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．反应是气体体积不变的反应；
A．容器内CO₂的浓度保持不变说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．反应速率之比等于化学方程式系数之比，当v_正（NO）=2v_逆（N₂），反应达到平衡，v_正（NO）=2v_正（N₂）z只能说明反应正向进行，故B错误；
C．反应是气体体积不变的反应，反应过程中和反应平衡状态压强相同，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡，故C错误；
D．混合气体密度等于质量除以体积，反应中碳是固体，平衡移动气体质量变化，体积不变，所以混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡，故D正确；
E．混合气体的平均相对分子质量等于气体总质量除以总物质的量，反应中碳是固体，平衡移动，气体质量发生变化，气体物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应达到平衡状态，故E正确；
故选BC；
②20-30min反应达到平衡状态，C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g），各物质的平衡浓度为：c（CO₂）=c（N₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L，反应的平衡常数为：K=

c(CO2)c(N2)

c2(NO)

=

0.3×0.3

0．42

=0.56，故答案为：0.56；
③30min时改变某一条件，反应重新达到平衡，依据平衡常数计算得到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，化学平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，反应前后气体体积不变，所以减小二氧化碳浓度，平衡正向进行的结果，故答案为：减小二氧化碳浓度；
（3）①因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；
Ⅱ、Ⅲ比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响；分析判断a为280度，b为1.2×10^-3mol/L，e为5.80×10^-3  mol/L
故答案为：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；
②因Ⅰ、Ⅱ温度相同，催化剂对平衡移动无影响，则平衡不移动，但Ⅱ的速率大，则Ⅱ先达到化学平衡，Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同；
而Ⅲ的温度高，则反应速率最大且平衡逆移，即达到化学平衡时c（NO）增大，表中实验Ⅱ和实验Ⅲ条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图为：
，故答案为：．

点评：本题考查了热化学方程式的书写和盖斯定律计算应用，化学反应速率、化学平衡常数及其化学平衡影响因素和平衡标志的分析判断，图象绘制是解题的难点，题目难度中等．