Question

【題目】合理利用和轉化NO2、SO2、CO、NO等污染性氣體是環(huán)保領域的重要課題。

(1)用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知：

①；；

②，；

③，；

1 mol CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的反應熱為________。

(2)已知的反應歷程分兩步：

①（快）；，；

②（慢）；，

一定溫度下，反應達到平衡狀態(tài)，該反應的平衡常數的表達式K=____（用表示），反應①的活化能E1與反應②的活化能E2的大小關系為E1____E2（填“>”“<”或“=”）。

(3)用活性炭還原法處理氮氧化物的有關反應為：。向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫(T℃)時，各物質的濃度隨時間的變化如下表：

①T℃時，該反應的平衡常數的計算式為______。

②在31 min時，若只改變某一條件使平衡發(fā)生移動，40 min、50 min時各物質的濃度如上表所示，則改變的條件是____

③在51 min時，保持溫度和容器體積不變再充人NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，此時反應v正____v逆（填“>”、“<”或“=”）。

(4)反應N2O4(g) 2NO2(g) △H>0，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與各自的分壓（分壓=總壓×物質的量分數）有如下關系：，其中k1、k2是與溫度有關的常數，相應的速率與N2O4或NO2的分壓關系如圖所示。

在T℃時，圖中M、N點能表示該反應達到平衡狀態(tài)，理由是___________ 。改變溫度，v(NO2)會由M點變?yōu)?/span>A、B或C，v(N2O4)會由N點變?yōu)?/span>D、E或F，當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為_______（填字母）。

Answer 1

【答案】-955.0kJ/mol < 減小二氧化碳濃度 > M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，根據化學方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判斷出該反應的正反應速率等于逆反應速率，反應達到平衡狀態(tài) BF

【解析】

（1）根據已知的熱化學方程式和蓋斯定律進行計算；

（2）平衡狀態(tài)下，正逆反應速率相等，可得，，再列出反應的平衡常數的表達式，從而得出K=；反應速率越慢，說明反應的活化能越大；

（3）①由表中數據可知，T℃時，反應，20min-30min反應處于平衡狀態(tài)；40min-50min反應也處于平衡狀態(tài)；溫度不變，平衡常數不變，則可分別由兩次平衡時各物質的濃度列出平衡常數的計算式；

②已知反應條件為恒溫恒容，依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，且該反應為反應前后氣體體積不變的反應，所以改變的條件應為減小二氧化碳濃度，平衡正向移動；

③先計算出該反應的平衡常數，再計算此時的濃度商，進而判斷反應進行的方向，從而比較v正、v逆的大小關系；

（4）當達到化學平衡時，滿足v正=v逆，即消耗速率：2v(N2O4)=v(NO2)，由圖可知M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，可以判斷出該反應的正反應速率等于逆反應速率，反應達到平衡狀態(tài)；升高溫度，正、逆反應速率均加快，據此分析解答。

（1）已知的熱化學方程式：①；；②，；③，；根據蓋斯定律(①+②+4×③)×，可得到CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的熱化學方程式：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955.0kJ/mol，則1 mol CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的反應熱為-955.0kJ/mol；

故答案為：-955.0kJ/mol；

（2）①（快）；，；

②（慢）；，；平衡狀態(tài)下，正逆反應速率相等，即，，一定溫度下，反應達到平衡狀態(tài)，該反應的平衡常數的表達式=；反應②的反應速率慢，說明反應的活化能大，則E1<E2；

故答案為：；<；

（3）①由表中數據可知，T℃時，反應，20min-30min反應處于平衡狀態(tài)，各物質的平衡濃度為：c(CO2)=c(N2)=0.030mol/L，c(NO)=0.040mol/L；40min-50min反應也處于平衡狀態(tài)，各物質的平衡濃度為：c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.034mol/L，c(NO)=0.032mol/L；溫度不變，平衡常數不變，則反應的平衡常數為：；

故答案為：；

②在31min時，改變某一條件，反應重新達到平衡時c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.034mol/L，c(NO)=0.032mol/L，已知反應條件為恒溫恒容，依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，且該反應為反應前后氣體體積不變的反應，所以改變的條件應為減小二氧化碳濃度，平衡正向移動；

故答案為：減小二氧化碳的濃度；

③該反應的平衡常數為，在51 min時，保持溫度和容器體積不變再充人NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則此時c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.068mol/L，c(NO)=0.064mol/L，，

平衡正向移動，則v正>v逆；

故答案為：>；

（4）當達到化學平衡時，滿足v正=v逆，即消耗速率：2v(N2O4)=v(NO2)，M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，根據化學方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判斷出該反應的正反應速率等于逆反應速率，則在T℃時，圖中M、N點能表示該反應達到平衡狀態(tài)；升高溫度，正、逆反應速率均加快，則反應重新達到平衡時，相應的點分別為：BF；

故答案為：M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，根據化學方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判斷出該反應的正反應速率等于逆反應速率，反應達到平衡狀態(tài)；B、F。