Question

【題目】近年來，霧霾天氣多次肆虐全國各地。其中，燃煤的煙道氣和汽車尾氣中含有的氮氧化合物是造成空氣污染的原因之一。

（1）用CH4催化還原氮氧化物。已知CH4 (g)＋2O2 (g)＝CO2 (g)＋2H2O (l);ΔH1＝a kJ/mol，欲計(jì)算反應(yīng)CH4 (g)＋4NO (g)＝2N2 (g)＋CO2 (g)＋2H2O (l)的焓變ΔH2 ， 則還需要查找某化合反應(yīng)的焓變ΔH3，當(dāng)反應(yīng)中各物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為最簡整數(shù)比時(shí) ΔH3 = b kJ/mol，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____________________。據(jù)此計(jì)算出ΔH2 =_______kJ/mol（用含a和b的式子表示）。

（2）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C(s) + 2NO(g)N2 (g) + CO2 (g) ΔH。某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫(T1℃)條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol·L－1 時(shí)間/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

① T1℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________（保留兩位小數(shù)）。

② 30 min后，改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是________________。

③ 若30 min后升高溫度至T2℃/span>，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5:3:3，則該反應(yīng)的ΔH____________0（填“>”、“=”或“<”）。

Answer 1

【答案】N2(g) + O2(g)＝2NO(g) H3 = b kJ/mol a－2b 0.56 減少CO2的濃度 ＜

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律將相關(guān)的熱化學(xué)方程式加合運(yùn)算。

(2) ①由表格數(shù)據(jù)可知反應(yīng)進(jìn)行到第20min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)表格數(shù)據(jù)直接代入平衡常數(shù)表達(dá)式中計(jì)算即可。②從30min到40min，各NO濃度減小0.008mol/L，N2濃度增加了0.004mol/L，CO2濃度減小了0.013mol ,CO2濃度減小與NO和N2變化趨勢不符合事實(shí)，說明改變的條件是從反應(yīng)體系中分離出CO2使其濃度降低。③分析溫度改變前后NO、N2、CO2濃度之比的變化即可得到答案。

(1)已知CH4 (g)＋2O2 (g)＝CO2 (g)＋2H2O (l);ΔH1＝a kJ/mol①，CH4 (g)＋4NO (g)＝2N2 (g)＋CO2 (g)＋2H2O (l);ΔH2 ②，根據(jù)蓋斯定律，將[①-②]÷2得“某化合反應(yīng)”的熱化學(xué)方程式：O2(g)+N2(g)=2NO(g), ΔH3= bkJ/mol。根據(jù)ΔH3==bkJ/mol，解得ΔH2=ΔH1－2b=a－2bkJ/mol。

(2)①由表格數(shù)據(jù)可知反應(yīng)進(jìn)行到第20min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K==。②從30min到40min，由表格數(shù)據(jù)知NO濃度減小了0.04mol/L-0.032mol/L=0.008mol/L，N2濃度增加了0.034mol/L-0.03mol/L=0.004mol/L，CO2濃度減小了0.03mol/L-0.017mol/L=0.013mol，NO和N2的濃度變化量符合計(jì)量數(shù)之比，而CO2濃度減小且減小量較大，因此可推知改變的條件是減小CO2的濃度。③第30min達(dá)到平衡時(shí)容器中NO、N2、CO2的濃度之比為0.04:0.03:0.03=4:3:3，而升高溫度到T20C達(dá)到平衡時(shí)容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5:3:3，比較兩個(gè)比值可知NO的濃度增大了，說明升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，根據(jù)勒夏特列原理，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)即ΔH<0。