Question

【題目】氮氧化物能形成酸雨和光化學煙霧，嚴重污染環(huán)境。燃煤和機動車尾氣是氮氧化物的主要來源。現在對其中的一些氣體進行了一定的研究：

（1）用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。

已知：①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= 574 kJ·moll

②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= 1160 kJ·moll

寫出CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的熱化學方程式______________________________________________________。

（2）在汽車尾氣排氣管口采用催化劑將NO和CO轉化成無污染氣體。T℃時，將等物質的量的NO和CO充入容積為2 L的密閉容器中，保持溫度和體積不變，在一定條件下發(fā)生反應，反應過程中NO的物質的量隨時間變化如圖所示。

①寫出該反應的化學方程式______________________________________。

②10 min內該反應的速率v(CO)=__________________；T℃時，該化學反應的平衡常數K=_______。

③若該反應△H＜0，在恒容的密閉容器中，反應達平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是____________。（填序號）

④一定溫度下，在恒容密閉容器中充入一定量NO和CO進行該反應，下列選項能判斷反應已達到化學平衡狀態(tài)的是____________。

A．容器中壓強不再變化 B．混合氣體的平均相對分子質量不再變化

C．2v正(NO)=v逆(N2) D．氣體的密度不再變化

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g) △H=867 kJ·moll 2NO+2CON2+2CO2 0.010 mol·Ll·minl K=5 bc AB

【解析】

（1）根據蓋斯定律進行計算；

（2）①NO和CO在一定條件下轉化為 N2和CO2，據此寫出反應的化學方程式；

②根據v(NO)=n(NO)/Vt進行計算；求出該溫度下各物質的平衡濃度，然后根據K= c2(CO2)c(N2)/c2(CO)c2(NO)帶入數值進行計算；

③結合2NO+2CON2+2CO2△H＜0反應特點，根據外界條件的改變對平衡移動影響的規(guī)律進行分析；

④根據平衡狀態(tài)的判斷依據：正逆反應速率相等，各組分的濃度保持不變及由此衍生出的其他物理量變化情況進行分析判斷。

（1）①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= 574 kJ·mol-1；②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= 1160 kJ·mol-1；根據蓋斯定律可知：1/2×[①+②]可得：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g)△H=1/2×(574-1160)=867 kJ·mol-1；

綜上所述，本題答案是：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=867 kJ·mol-1。

（2）①將NO和CO轉化成無污染氣體參與大氣循環(huán)，則氣體為N2和CO2，根據圖像分析，NO并未完全反應，該反應為可逆反應，化學方程式為：2NO+2CON2+2CO2；

綜上所述。本題答案是：2NO+2CON2+2CO2 。

②10min時，NO的物質的量變化為△n(NO)=0.4mol-0.2mol=0.2mol，容器體積為V=2L，根據化學反應平均速率的公式v(NO)=n(NO)/Vt=0.2/10×2=0.01mol/(L·min)，T℃時，反應達到平衡時，容器中各組分的濃度為c(NO)=0.2/2=0.1mol/L，c(CO)=0.2/2=0.1mol/L，c(N2)=0.1/2=0.05mol/L，c(CO2)=0.2/2=0.1mol/L，則該化學反應的平衡常數K=c2(CO2) c(N2)/c2(CO)c2(NO)=0.12×0.05/0.12×0.12=5L/mol；

綜上所述，本題答案是：0.010 mol·Ll·minl ，K=5。

③2NO+2CON2+2CO2△H＜0。

a．隨著溫度升高，反應為放熱反應，則化學平衡向逆反應方向移動，平衡常數隨溫度的升高而減小，故a錯誤；

b．增加N2物質的量，化學平衡向逆反應方向移動，NO的轉化率降低，故b正確；

c．平衡常數只隨溫度的改變而改變，改變NO的量不改變化學平衡常數，故c正確；

d．隨著溫度升高，反應為放熱反應，則化學平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率降低，故d錯誤；

綜上所述，本題選bc；

④A．反應為氣體分子數發(fā)生變化的反應，即隨著反應進行，壓強發(fā)生變化，當容器中壓強不再變化時，可以判斷化學反應達到平衡狀態(tài)，故A可選；

B．CO2為生成物，當CO2的濃度不再改變時，可判斷化學反應達到平衡狀態(tài)，故B可選；

C. v正(NO)=2v逆(N2)，可判斷化學反應達到平衡狀態(tài)，而2v正(NO)=v逆(N2)違背化學反應速率之比和系數成正比的規(guī)律，故C不選；

D．氣體密度ρ＝m/V，反應前后氣體質量m不變，體積為恒容容器，V不變，則化學反應達到平衡前后，氣體密度始終不變，不可以判斷化學反應是否達到平衡，故D不選；

綜上所述，本題選AB。