Question

【题目】建设“美丽中国”首先要做好环境保护与治理。氮氧化物（NOx）是严重的大气污染物，其主要来源有汽车尾气和硝酸工厂等。氮氧化物（NOX）能引起雾霾、光化学烟雾、酸雨等环境问题。某科研机构设计了如下转化氮氧化物的几种方案。请回答下列问题：

（1）方案Ⅰ：利用甲烷在催化剂条件下还原NOx，相关反应如下：

①N2（g）+O2（g）=2NO（g） H1=+180.5kJ/mol

②CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（l） H2= -574kJ/mol

③CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+ CO2（g）+2H2O（l） H3= -1160kJ/mol

则表示甲烷燃烧热的热化学反应方程式是________ 。

（2）方案Ⅱ：利用CO在催化剂条件下还原NOx：2NOx（g）+2xCO（g）N2（g）+2xCO2（g） H。向容积均为2L的甲（温度为T1）、乙（温度为T2）两个恒容密闭容器中分别充入2 mol NO2（g）和3 mol CO（g）。反应过程中两容器内CO2的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示：

①甲容器中，平衡时NO2的转化率为____；

②T1___T2（填“>”或“<”）；△H___0（填“>”或“<”），判定的依据是____；

③T2温度时，该反应的平衡常数K=____；

④乙容器达到平衡后，再充入3 mol NO2和2 molCO2，此时v（正）___v（逆）（填“>”“<”或“=”）。

Answer 1

【答案】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H=799kJ/mol > < 温度升高，c（CO2）低，平衡逆向移动，正反应为放热反应 16 =

【解析】

在书写物质的燃烧热的热化学方程式时，要注意可燃物的化学计量系数为1，方程式表示的必须是可燃物的完全燃烧，若有水生成，务必要为液态。由于温度越高，反应速率一般越大；所以对于不同温度下，物质浓度随时间变化的图像，浓度变化的越快，说明相应的温度越高；判断出温度的大小后，再根据不同温度平衡浓度的大小关系结合勒夏特列原理就可以分析出反应是吸热反应还是放热反应。平衡常数，高中阶段认为只和温度有关；所以利用温度不变平衡常数不变，通过判断浓度商和平衡常数的大小关系，就可以确定条件改变对平衡的影响。

(1)甲烷燃烧热的热化学方程式为： ；根据盖斯定律，，代入数据得；

(2)①根据CO还原NO2的方程式：，甲容器中平衡时CO2的浓度增加了0.6mol/L，那么NO2的浓度减小了0.3mol/L，即物质的量减少了0.6mol，因此转化率为：；

②由于T1条件下，CO2浓度变化更快，所以该温度下反应速率更大，因此温度更高；温度从T1降到T2，CO2的平衡浓度上升，平衡正向移动，因此，该反应是放热反应；

③温度为T2时，CO2平衡浓度为1mol/L，根据反应的方程式：，N2的平衡浓度即0.25mol/L，NO2的平衡浓度为0.5mol/L，CO的平衡浓度为0.5mol/L，所以该温度下平衡常数为：；

④乙容器达到平衡后，若再充入3molNO2和2molCO2，则此时NO2的浓度为2mol/L，CO2的浓度为2mol/L；此时，浓度商为：，由于温度未变化，所以此时的K仍为16，Q=K，所以，反应仍维持平衡状态，正逆反应速率相等；