Question

【题目】氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用。

(1)烟气中的氮氧化物(NOx)可与甲烷在一定条件下反应转化为无害成分，从而消除污染。已知

反应	反应热(△H/kJ·mol-1)	平衡常数(K)
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)	a	K1
N2(g)+O2(g)═2NO(g)	b	K2

则CH4脱硝的热化学方程式为CH4(g) + 4NO (g)CO2(g) + 2N2(g) + 2H2O ΔH=_________kJ/mol(用a、b表示)；平衡常数K3=_________(用K1、K2表示)。

(2)用活性炭还原法可以消除NO 的污染，发生的反应为C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。1molNO 和足量的活性炭在T℃、容积恒定为2L的密闭容器中反应，经过5min反应达到平衡，测得NO的物质的量为0.4mol。

①从反应开始到5min,用氮气表示的平均反应速率为_________。达到平衡后，向容器中再通入0.1molNO气体和0.3molCO2气体，则此平衡将_________(填“正向移动”“不移动”或“逆向移动”)。

②能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是_________(填标号)。

a.NO和N2的体积比保持不变

b.单位时间内生成2nmolNO的同时消耗nmolCO2

c.恒温恒容条件下，反应体系的压强不再发生改变

d.恒容条件下，混合气体的平均相对分子质量不变

(3)某实验小组模拟4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) ΔH=-1200kJ·mol-1净化过程，一定温度下，在2L的恒容密闭容器中，起始时按照甲、乙两种方式进行投料，经过一段时间后达到平衡状态，测得甲中CO的转化率为50%，则该反应的平衡常数为__________；两种方式达平衡时，N2的体积分数：甲______乙(填“>、=、<或不确定”)

甲	乙
0.2molNO2	0.1molNO2
0.4molCO	0.2molCO

Answer 1

【答案】a﹣2b 0.03mol/(L.min) 逆向移动 d 10 >

【解析】

(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，平衡常数=，依据反应的平衡常数计算分析平衡常数的关系；

(2)①根据NO的物质的量变化计算NO的消耗速率，再由计量数之比等于化学反应速率之比计算N2的生成速率，根据Qc与K的关系判断化学反应的方向；

②反应达到平衡时，v正＝v逆，混合气体的平均相对分子质量为m，据此逐项分析；

(3)结合反应，列“三段式”求解平衡常数，温度不变，平衡常数不变，计算乙中氮气的体积分数。

(1) ①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)K1=△H=akJmol1；②N2(g)+O2(g)═2NO(g)K2=△H=bkJmol1；依据盖斯定律计算，①②×2得到CH4脱硝的热化学方程式为CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l)△H=(a2b)kJmol1；K3=；

(2) ①1molNO 和足量的活性炭在TC、容积恒定为2L的密闭容器中反应，经过5min反应达到平衡，测得NO的物质的量为0.4mol，则NO的消耗速率为v(NO)==0.06mol/(Lmin)，再由计量数之比等于化学反应速率之比，则N2的生成速率为v(NO)=0.03mol/(Lmin)，

所以化学平衡常数K===916；

达到平衡后，向容器中再通入0.1molNO气体和0.3molCO2气体，则Qc==1825>K，所以平衡逆向移动；

②a．NO和N2的体积比取决于反应物的通入量，反应进行的程度，不能通过NO和N2的体积比保持不变判断化学反应达到平衡，故a不符合题意；

b．单位时间内生成2molNO的同时消耗1molCO2，说明化学反应达到平衡，不是nmolCO2，故b不符合题意；

c．恒温恒容条件下，反应体系的压强不再发生改变，反应为气体分子数不变的反应，整个反应过程，体系压强始终不变，不能通过压强说明反应达到平衡，故c不符合题意；

d．混合气体的平均相对分子质量为，反应前后混合气体总物质的量n不变，混合气体总质量m改变，则混合气体的平均相对分子质量改变，当混合气体的平均相对分子质量，一定可以说明化学反应达到平衡，故d符合题意；

故答案为：d；

(3) 已知：4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) 一定温度下，在2L的恒容密闭容器中，经过一段时间后达到平衡状态，测得甲中CO的转化率为50%，列“三段式”：

则甲中反应的平衡常数为K=10；条件不变的情况下，甲的投料比是乙的两倍，即可认为甲是乙达到平衡后增大压强促使平衡正向移动，N2的体积分数分数增大。