Question

研究化学反应，不仅要关注反应的速率、方向性，还要关注反应进行的限度以及反应过程中的能量变化．
（1）已知298K时：①Cl-Cl→2Cl△H=+akJ?mol^-1；
②2H→H-H△H=-bkJ?mol^-1；
③Cl+H→HCl△H=-ckJ?mol^-1
写出H₂在Cl₂中燃烧的热化学方程式

 

．
（2）已知CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，向一个2L的密闭容器中通入0.5molCH₄和一定量的NO₂，分别在130℃和180℃下反应，n（CH₄）随时间变化如表所示：

	0	1min	2min	4min	5min
130℃	0.50mol	0.35mol	0.25mol	0.10mol	0.10mol
180℃	0.50mol	0.30mol	0.18mol		0.15mol

则：①130℃时，前2min的反应速率v（H₂O）=

 

②180℃时，反应到4min，体系

 

（填“是”或“否”）到达平衡状态，理由是

 

．
③在某温度下，反应过程中c（N₂）随时间变化如图所示．在5min时升高温度，在第8min达到新的平衡时CH₄的转化率为70%，请在图中画出5-9min时c（N₂）的变化曲线．
（3）某低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，其反应的平衡常数表达式为：K=

c2(N2)?c2(H2O)

c2(NH3)?c(NO)?c(NO2)

，且升高反应温度，K值变小．则：
①该反应的逆反应能否自发进行

 

（填“能”或“不能”），判断依据是

 

．
②在180℃时该反应的催化剂活性最高，在不改变温度的情况下，能提高氮氧化物处理率的措施有

 

．（写出两个）

Answer 1

考点：热化学方程式,焓变和熵变,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）根据反应热△H=（断键吸收的热量-成键放出的热量）KJ/mol来计算；
（2）①根据v=

△C

△t

来进行计算；
②根据温度对反应速率和平衡的影响来判断；
③根据升温，平衡左移，得出c（N₂）的浓度得在0.2mol/L的基础上下降，根据在第8min达到新的平衡时CH₄的转化率为70%，得出氮气的平衡浓度，从而画出图象．
（3）①通过平衡常数的表达式写出反应方程式，通过吉布斯自由能来判断反应能否自发进行；
②提高氮氧化物处理率，即使平衡右移，可以通过改变压强或增大氨气的浓度来实现．

解答： 解：（1）根据H₂在Cl₂中燃烧的化学方程式：H₂ +Cl₂ =2HCl可知，断键吸收的热量为（a+b）KJ/mol，成键吸收的热量为2CKJ/mol，故热化学方程式为：
H₂（g）+Cl₂ （g）=2HCl（g）△H=断键吸收的热量-成键放出的热量=（a+b-2c）KJ/mol，
故答案为：H₂（g）+Cl₂ （g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）KJ/mol
（2）①根据表中信息可知，△n（CH₄）=0.25mol，根据物质的量的该变量之比等于计量数之比可知，△n（H₂O）=0.5mol，△C（H₂O）=0.25mol/L，即根据可知：
v（H₂O）=

0.25mol/L

2L

=0.125mol?L^-1?min^-1，故答案为：0.125mol?L^-1?min^-1
②对比实验1知，4min时该反应已经达到平衡状态．因为温度越高，反应速率越大，反应到达平衡的时间越短，所以40时实验2已经达平衡状态．
故答案为：是；温度升高，加快f反应速率，对比实验1，高温下比低温下更快达到平衡状态．故可确定4min时反应已经达平衡状态；
③从反应可知，升温，平衡左移，得出c（N₂）的浓度得在0.2mol/L的基础上下降，根据在第8min达到新的平衡时CH₄的转化率为70%，可知△n（CH₄）=0.35mol，根据物质的量的改变量之比等于计量数之比，可知△n（N₂）=0.35mol，即达平衡时氮气的浓度为C（N₂）=0.175mol/L，即图象的起点为0.2mol/L，重点为8min时的0.175mol/L，答案如图所示：，
故答案为：；
（3）①通过化学平衡常数的表达式K=

c2(N2)?c2(H2O)

c2(NH3)?c(NO)?c(NO2)

可知，化学方程式为：2NH₃ +NO+NO₂ ?2N₂+2H₂O，由于升高反应温度，K值变小，即正反应△H＜0，故逆反应的△H＞0，△S＜0，则△G=△H-T?△S＞0，故反应非自发，故答案为：不能，逆反应的△H＞0，△S＜0，则△G=△H-T?△S＞0，故反应非自发．
②通过对题意的分析，可知在催化剂活性最高，在不改变温度的情况下提高氮氧化物处理率，即使平衡右移，可以通过减小压强或增大氨气的浓度来实现．
故答案为：减小压强、增大氨气的浓度．

点评：本题综合考查了热化学方程式的书写、反应速率的求算、平衡的移动和图象问题，综合性较强，难度较大．