Question

2013年10月9日，2013年諾貝爾化學(xué)獎在瑞典揭曉，猶太裔美國理論化學(xué)家馬丁?卡普拉斯、美國斯坦福大學(xué)生物物理學(xué)家邁克爾?萊維特和南加州大學(xué)化學(xué)家亞利耶?瓦謝爾因給復(fù)雜化學(xué)體系設(shè)計了多尺度模型而分享獎項．三位科學(xué)家的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于廢氣凈化及植物的光合作用的研究中，并可用于優(yōu)化汽車催化劑、藥物和太陽能電池的設(shè)計．汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
（1）同一條件下該反應(yīng)正反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₁，逆反應(yīng)的表達(dá)式平衡常數(shù)為K₂，K₁與K₂的關(guān)系式

 

．
（2）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號）．

（3）在體積為10L的密閉容器中，加入一定量的CO₂和H₂，在900℃時發(fā)生吸熱反應(yīng)并記錄前5min各物質(zhì)的濃度，第6min改變了條件．各物質(zhì)的濃度變化如下表；

時間/min	CO2（mol/L）	H2（mol/L）	CO（mol/L）	H2O（mol/L）
0	0.2000	0.3000	0	0
2	0.1740	0.2740	0.0260	0.0260
5	0.0727	0.1727	0.1273	0.1273
6	0.0350	0.1350	0.1650

①前2min，用CO表示的該化學(xué)反應(yīng)的速率為

 

；
②第5-6min，平衡移動的可能原因是

 

；
（4）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴(yán)重的環(huán)境問題．煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：

 

．
（5）在一定條件下，可以用NH₃處理NO_x．已知NO與NH₃發(fā)生反應(yīng)生成N₂和H₂O，現(xiàn)有NO和NH₃的混合物1mol，充分反應(yīng)后得到的還原產(chǎn)物比氧化產(chǎn)物多1.4g，則原反應(yīng)混合物中NO的物質(zhì)的量可能是

 

．
（6）在一定條件下，也可以用H₂可以處理CO合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及許多烴類物質(zhì)．當(dāng)兩者以物質(zhì)的量1：1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%，合成的物質(zhì)可能是

 

．
a．汽油        b．甲醇            c．甲醛            d．乙酸．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）同一可能反應(yīng)在相同溫度下的平衡常數(shù)互為倒數(shù)；
（2）a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
b、到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
d、到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（3）①依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計算V=

△c

△t

計算得到；
②第5～6min之間，生成物的濃度增大，反應(yīng)物濃度減小，平衡正向進(jìn)行；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和 蓋斯定律計算；
（5）反應(yīng)的方程式為：6NO+4NH₃=5N₂+6H₂O，根據(jù)化合價的變化判斷電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，根據(jù)化學(xué)方程式以及經(jīng)還原得到的N₂比經(jīng)氧化得到的N₂多1.4g，利用討論法計算原反應(yīng)混合物中NO與NH₃的物質(zhì)的量；
（6）原子利用率達(dá)100%，即產(chǎn)物只有一種，故該反應(yīng)為化合反應(yīng)．再根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行判斷．

解答： 解：（1）2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
同一條件下該反應(yīng)正反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₁，逆反應(yīng)的表達(dá)式平衡常數(shù)為K₂，二者互為倒數(shù)，則K₁與K₂的關(guān)系式K₁=K₂^-1，
故答案為：K₁=K₂^-1；
（2）a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故a錯誤；
b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，故b正確；
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（3）①前2min，用CO表示的該化學(xué)反應(yīng)的速率=

0.026mol/L

2min

=0.0130mol/L?min，故答案為：0.0130mol/（L?min）；
②第5-6min，反應(yīng)物濃度減小，生成物一氧化碳難度增大，說明平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，平衡移動的可能原因是降低溫度，或減少水蒸氣的濃度，
故答案為：升高溫度或減小H₂O的濃度；
（4）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律計算①-②-③×2得到CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-722.1kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-722.1kJ/mol；
（5）反應(yīng)的方程式為：6NO+4NH₃=5N₂+6H₂O，6molNO還原得到3molN₂，4molNH₃，氧化得到2molN₂，兩者相差1molN₂，現(xiàn)相差1.4g，物質(zhì)的量=

1.4g

28g/mol

=0.05mol，
相當(dāng)于0.3molNO和0.2molNH₃反應(yīng)，
依題意NO和NH₃的總物質(zhì)的量為1mol，其中必有一種為過量，
所以有兩種情況：0.3molNO和0.7molNH₃或0.2molNH₃和0.8molNO，
故答案為：0.3mol或0.8mol；
（6）原子利用率達(dá)100%，即產(chǎn)物只有一種，故該反應(yīng)為化合反應(yīng)．CO和H₂在一定條件下按照1：1催化反應(yīng)，則生成物質(zhì)的化學(xué)式可化為形式（CO）_n（H₂）_n，甲醛（CH₂O）可變?yōu)椋–O）₁（H₂）₁，乙酸（C₂H₄O₂）可變?yōu)椋–O）₂（H₂）₂，所以可能是甲醛或乙酸等，
故答案為：cd．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素分析判斷，熱化學(xué)方程式書寫，“綠色化學(xué)”，即反應(yīng)物中的原子利用率達(dá)到100%的理解應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)定量計算，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．