Question

【题目】碳、氮及其化合物在生产生活中有着重要作用。请回答下列问题:

（1）用CH4 催化还原NOx 可以消除氮氧化物的污染。例如:

CH4(g) + 4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g) + 2H2O(g) ΔH1=-574 kJ·mol-1；

CH4(g) + 4NO(g) 2N2(g)+CO2(g) + 2H2O(g) ΔH2。

若2 mol CH4 还原NO2 至N2，整个过程中放出的热量为1 734 kJ，则ΔH2=____。

（2）据报道，科学家在一定条件下利用Fe2O3与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁。其反应为Fe2O3(s) + 3CH4(g)2Fe(s) + 3CO(g) +6H2(g) ΔH>0。

①若该反应在恒温恒压容器中进行，能表明该反应达到平衡状态的是____(填字母)。

a.CH4的转化率等于CO的产率

b.混合气体的平均相对分子质量不变

c.v(CO)与v(H2#)的比值不变

d.固体的总质量不变

②该反应达到平衡时某物理量随温度的变化如图所示，当温度由T1升高到T2时，平衡常数KA___KB(填“>”、“<”或“=”)。纵坐标可以表示的物理量有哪些___________。

a.H2的逆反应速率

b.CH4的体积分数

c.混合气体的平均相对分子质量

（3）若向20 mL 0.01 mol·L-l的弱酸HNO2溶液中逐滴加入一定浓度的烧碱溶液，测得混合溶液的温度变化如图所示，下列有关说法正确的是____(填字母)。

a.该烧碱溶液的浓度为0.02 mol·L-1

b.该烧碱溶液的浓度为0.01 mol·L-1

c.HNO2的电离平衡常数:b点>a点

d.从b点到c点，混合溶液中一直存在:c(Na+)>c(NO2－)>c(OH-)>c(H+)

Answer 1

【答案】 -1160 kJ·mol-1 bd < bc bc

【解析】（1）若2 mol CH4 还原NO2 至N2，整个过程中放出的热量为1 734 kJ，热化学方程式：CH4(g) + 2NO2(g) N2(g)+CO2(g) + 2H2O(g)　ΔH=-867 kJ·mol-1；由盖斯定律可得：(ΔH1+ΔH2)/2=ΔH，代入数据：(-574 kJ·mol-1+ΔH2)/2=-867 kJ·mol-1，ΔH2= -1160 kJ·mol-1。

（2）①在恒温恒压容器中反应为：Fe2O3(s) + 3CH4(g)2Fe(s) + 3CO(g) +6H2(g)　ΔH>0。a.CH4的转化率等于CO的产率，表示同方向转化与生成，无法判断，a错误；b.由方程式可知，混合气体的平均相对分子质量是变量，一定条件下变量不变，说明反应达到新平衡，b正确； c.v(CO)与v(H2)的比值恒定，且没有指明方向，不能作为判断是否达到平衡的依据，c错误；d.反应前后固体的总质量是变量，一定条件下变量不变，说明反应达到新平衡，d正确；故bd正确。

②该反应的正反应是吸热反应，温度升高，平衡右移，由K表达式可知，KA<KB；温度升高，正、逆反应速率均增大，故a错误；温度升高，平衡右移，CH4的体积分数减小，故b正确；温度升高，平衡右移，极值分析可知，假设起始3mol气体全部为甲烷，相对分子质量为16，全部右移动生成3molCO和6molH2，平衡平均对摩尔质量=(3mol×28g/mol+6mol×2g/mol)/9mol==10.67g/mol，故c正确；选bc。

（3）由图所示，b点温度最高，说明酸碱恰好完全反应，n(HNO2)=n(NaOH)，c(NaOH)= 20 mL ×0.01 mol·L-l/20 mL=0.01 mol·L-1，故a错误，b正确；由a点到b点，反应温度升高，平衡右移，电离平衡常数增大，b点电离平衡常数大于a点，故c正确；从b点到c点，可能出现c(OH-)大于c(NO2－)，故d错误；选bc。