Question

18．氮氧化物是大氣污染物之一，可形成光化學(xué)煙霧、酸雨等．

（1）在一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），反應(yīng)過程中NO₂濃度隨時間的變化情況如圖所示．請回答：
①依曲線A，反應(yīng)在前3min內(nèi)氧氣的平均反應(yīng)速率為0.0175mol/（L．min）．
②若曲線A、B分別表示的是該反應(yīng)在某不同條件下的反應(yīng)情況，則此條件是溫度（填“濃度”、“壓強”、“溫度”或“催化劑”）．
③曲線A、B分別對應(yīng)的反應(yīng)平衡常數(shù)的大小關(guān)系是K_A＜K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）一定溫度下，某密閉容器中N₂O₅可發(fā)生下列反應(yīng)：
2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）  I
2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）Ⅱ
則反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$，若達平衡時，c（ NO₂）=0.4mol•L^-1，c（O₂）=1.3mol•L^-1，則反應(yīng)Ⅱ中NO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{6}{7}$，N₂O₅（g）的起始濃度應(yīng)不低于1.4mol•L^-1．
（3）將a mL NO、b mL NO₂、x mLO₂混合于同一試管里，將試管口倒插入水中，充分反應(yīng)后
試管內(nèi)氣體可全部消失，則用a、b表示的x為a
a.$\frac{（a+b）}{2}$ b.$\frac{（2a+b）}{3}$ c.$\frac{（3a+b）}{4}$ d.$\frac{（4a+b）}{5}$
（4）用甲烷在一定條件下可消除氮氧化物的污染，寫出CH₄消除NO₂的反應(yīng)方程式2NO₂+CH₄═N₂+CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①依曲線A，反應(yīng)在前3minv（NO₂）=$\frac{（0.20-0.13）mol/L}{3min}$=0.035mol/（L．min），v（O₂）=$\frac{1}{2}$ v（NO₂）；
②反應(yīng)到達平衡的時間縮短，說明化學(xué)反應(yīng)速率B大于A，且達到平衡狀態(tài)時二氧化氮轉(zhuǎn)化率B大于A，說明改變條件時平衡正向移動且反應(yīng)速率加快；
③該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，
若達平衡時，如果生成c（ NO₂）=0.4mol•L^-1，則生成c（O₂）為0.1mol/L，實際上c（O₂）為1.3mol•L^-1，說明二氧化氮分解還生成c（O₂）為1.2mol/L，則反應(yīng)的c（ NO₂）為2.4mol/L，二氧化氮轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的c（N{O}_{2}）}{總生成的c（N{O}_{2}）}$；
N₂O₅（g）的起始濃度應(yīng)不低于其完全分解的濃度；
（3）這三種氣體恰好完全反應(yīng)生成硝酸，反應(yīng)方程式為NO+NO₂+O₂+H₂O=2HNO₃，根據(jù)方程式計算x；
（4）用甲烷在一定條件下可消除氮氧化物的污染，生成二氧化碳和氮氣、水，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式．

解答 解：（1）①依曲線A，反應(yīng)在前3minv（NO₂）=$\frac{（0.20-0.13）mol/L}{3min}$=0.035mol/（L．min），v（O₂）=$\frac{1}{2}$ v（NO₂）=$\frac{1}{2}$×0.035mol/（L．min）=0.0175mol/（L．min），故答案為：0.0175mol/（L．min）；
②反應(yīng)到達平衡的時間縮短，說明化學(xué)反應(yīng)速率B大于A，且達到平衡狀態(tài)時二氧化氮轉(zhuǎn)化率B大于A，說明改變條件時平衡正向移動且反應(yīng)速率加快，
根據(jù)圖知，反應(yīng)開始濃度不變，反應(yīng)達到平衡時二氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，不能使用催化劑，增大壓強平衡逆向移動，二氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，所以改變的條件只能是溫度，且是升高溫度，
故答案為：溫度；
③由A到B改變的條件是升高溫度，升高溫度二氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡正向移動，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡常數(shù)增大，所以K_A＜K_B，故答案為：＜；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$，
若達平衡時，如果生成c（ NO₂）=0.4mol•L^-1，則生成c（O₂）為0.1mol/L，實際上c（O₂）為1.3mol•L^-1，說明二氧化氮分解還生成c（O₂）為1.2mol/L，則反應(yīng)的c（ NO₂）為2.4mol/L，二氧化氮轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的c（N{O}_{2}）}{總生成的c（N{O}_{2}）}$=$\frac{2.4mol/L}{0.4mol/L+2.4mol/L}$=$\frac{6}{7}$；
N₂O₅（g）的起始濃度應(yīng)不低于其完全分解的濃度=$\frac{2.4mol/L+0.4mol/L}{4}×2$=1.4mol/L，
故答案為：K=$\frac{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$；$\frac{6}{7}$；1.4；
（3）這三種氣體恰好完全反應(yīng)生成硝酸，反應(yīng)方程式為NO+NO₂+O₂+H₂O=2HNO₃，根據(jù)方程式計算x=$\frac{a+b}{2}$，故選a；
（4）用甲烷在一定條件下可消除氮氧化物的污染，生成二氧化碳和氮氣、水，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式為2NO₂+CH₄═N₂+CO₂+2H₂O，
故答案為：2NO₂+CH₄═N₂+CO₂+2H₂O．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、外界條件對化學(xué)平衡移動影響等知識點，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷計算能力，明確各個物理量的關(guān)系水解本題關(guān)鍵，難點是（2）題二氧化氮轉(zhuǎn)化率的計算，注意生成的氧氣為I、II方程式中生成氧氣總和，為易錯點．