Question

6．運用化學反應原理研究碳、氮的單質及其化合物的反應對緩解環(huán)境污染、能源危機具有重要意義．
（1）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ/mol．在T₁℃時，反應進行到不同時間（min）測得各物質的濃度（mol/L）如下：

時間 濃度	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是ad （填字母編號）．
a．通入一定量的NO   b．加入一定量的活性炭   c．加入合適的催化劑   d．適當縮小容器的體積
 ②若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，則Q＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）某研究小組在實驗室用某新型催化劑對CO、NO催化轉化進行研究，測得NO轉化為N₂的轉化率隨溫度、CO混存量的變化情況如1圖所示，利用以下反應：NO+CO?N₂+CO₂（有CO），2NO?N₂+O₂（無CO）

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現NO的分解率降低，其可能的原因為該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行；在n（NO）/n（CO）=1的條件下，應控制最佳溫度在870℃左右．
②用C_xH_y（烴）催化還原NO_x也可消除氮氧化物的污染．寫出C₂H₆與NO₂發(fā)生反應的化學方程式4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O．
 ③以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖所示，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應生成一種氧化物Y，則該電極反應式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

（3）天然氣的一個重要用途是制取H₂，其原理為：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
 ①在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1mol•L^-1的CH₄與CO₂，在一定條件下發(fā)生反應，測得CH₄的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖2所示，則壓強P₁小于 P₂（填“大于”或“小于”）；壓強為P₂時，在Y點：v（正）大于v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）．
②天然氣也可重整生產化工原料，最近科學家們利用天然氣無氧催化重整獲得芳香烴X．由質譜分析得X的相對分子質量為106，其核磁共振氫譜如圖3，則X的結構簡式為．

Answer 1

分析 （1）①反應前后是氣體體積不變的反應，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質濃度增大；
②若30min后容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1；1，升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，說明平衡逆向進行，逆反應方向是吸熱反應，正反應為放熱反應；
（2）升高溫度，發(fā)現NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱，據此解答即可；
（3）①該反應正向為體積增大的方向，壓強越大，CH₄的轉化率越小；壓強為P₂時，在Y點反應未達到平衡，則反應正向移動；
②已知X的相對分子質量為l06，設其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$可知x=8，y=10，再根據質譜圖中有2個峰，判斷分子中含有2種環(huán)境的H．

解答 解：（1）①30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；
a．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故a符合；
b．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故b不符合；
c．加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故c不符合；
d．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質濃度增大，符合要求，故d符合；故答案為：ad；
②若30min后，達到平衡時容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比2：1：1，升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，所以平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正反應方向是放熱反應Q＜0；故答案為：＜；
（2）①升高溫度，發(fā)現NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時，NO還原為N₂的轉化率為100%，故答案為：該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行；870℃；
②C₂H₆與NO₂發(fā)生反應生成無毒的N₂、CO₂和H₂O，反應為4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O，故答案為：4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O；
③燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（3）①該反應正向為體積增大的方向，壓強越大，CH₄的轉化率越小，已知相同溫度下，P₁條件下的轉化率大于P₂，則P₁小于P₂；壓強為P₂時，在Y點反應未達到平衡，則反應正向移動，所以v（正）大于v（逆）；故答案為：小于；大于；
②芳香烴X，已知X的相對分子質量為l06，設其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$可知x=8，y=10，說明分子中含有一個苯環(huán)，另外含有2個C原子，再根據質譜圖中有2個峰，可知分子中含有2種環(huán)境的H，則分子結構對稱，所以其結構簡式為；故答案為：．

點評 本題考查了原電池原理、方程式的書寫、化學平衡常數、平衡移動、有機物分子式的確定等，題目涉及的知識點較多，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力，題目難度中等．