Question

近几年来，我国中东部地区陷入严重的雾霾天气，面对全球近期的气候异常，环境问题再次成为焦点．非金属氧化物的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径之一．请运用化学反应原理知识，回答下列问题：
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）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H═-574kJ．mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H═-1160．mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（Ⅰ）△H=-44.0kJ．mol^-1写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g），CO₂（g）和H₂O（l）H₂O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：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）某研究小组向恒容密闭容器中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如下：

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

①T℃时该反应的平衡常数为

 

（结果保留两位有效数字）．
②30min后改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是

 

．
③若30min后升高温度重新达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应△H

 

0（填“＜”“＞”“=”）．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学平衡的影响因素

专题：

分析：（1）根据盖斯定律计算得到所需热化学方程式，标注物质聚集状态和对应反应焓变；
（2）①20min-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；
②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根据浓度比值的变化来确定移动方向．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-l
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂ O（g）△H=-1160kJ?mol^-l
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-l
依据盖斯定律计算[①+②+③×4]×

1

2

得到CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式：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）①20-30min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(CO 2)c(N 2)

c 2(NO)

=

0.3×0.3

0．42

=0.56，故答案为：0.56；
②30min时改变某一条件，反应重新达到平衡时c（N₂）=0.34mol/L；c（CO₂）=0.17mol/L；c（NO）=0.32mol/L；则平衡常数K=

c(CO 2)c(N 2)

c 2(NO)

=

0.34×0.17

0.32 2

=0.56，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；
③30min时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则平衡向逆反应方向移动，所以逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，则△H＜0，故答案为：＜．

点评：本题考查了化学平衡常数、化学平衡移动的影响因素等，侧重考查学生对数据的分析处理，题目难度中等．