Question

【題目】工業(yè)廢氣中氮氧化物（NO、NO2等，以通式NOx表示）是主要的大氣污染物之一。

利用甲烷可消除NO2污染，CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)。在1L密閉容器中，控制不同溫度，分別加入0.50molCH4和0.80molNO2，測得n(CH4)隨時間變化的有關(guān)實驗數(shù)據(jù)見下表：

組別	溫度	時間/min	0	10	20	40	50	60
①	T1	n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10	0.10
②	T2	n(CH4)/mol	0.50	0.30	0.18	……	0.15	0.15

回答下列問題：

(1)組別①中，0～10min內(nèi)NO2的平均降解速率為v(NO2)= ________________。

(2)由實驗數(shù)據(jù)可知實驗控制的溫度T2_____T1（填“>”或“<”），請簡述理由__________。

(3)組別②中，T2溫度下40min時n(CH4)=________mol。該反應(yīng)正反應(yīng)為_______反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），理由是_____________________________。

(4)溫度T1時CO2物質(zhì)的量隨時間的變化如下圖，在圖中畫出溫度T2時CO2物質(zhì)的量隨時間的變化曲線________。

(5)汽車尾氣中含有CO和NOx等多種有害氣體，若在汽車的排氣管上安裝一種催化轉(zhuǎn)化裝置，可使CO與NOx反應(yīng)，生成兩種無毒氣體，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。

Answer 1

【答案】0.03mol/(Lmin) > 相同時間內(nèi)，T2中參與反應(yīng)的甲烷的物質(zhì)的量較T1大 0.15 放熱 溫度越高CH4的轉(zhuǎn)化率越低 2xCO+2NOxN2+2xCO2

【解析】

(1)先計算①中，0～10min內(nèi)V(CH4)，然后根據(jù)速率比等于化學(xué)計量數(shù)的比計算V(NO2)；

(2)在不同溫度下，在相同時間內(nèi)反應(yīng)的CH4的多，化學(xué)反應(yīng)速率快，結(jié)合溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析判斷；

(3)組別②中溫度比①高，反應(yīng)速率快，達到平衡所需要的時間短，①在40min時達到平衡，則組別②也達到了平衡，根據(jù)平衡溫度分析；根據(jù)甲烷在T1、T2平衡含量分析溫度對平衡移動的影響；

(4)升高溫度，反應(yīng)速率快，達到平衡所需要的時間短；且升高溫度平衡逆向移動分析判斷；

(5)CO與NOx反應(yīng)，生成CO2、N2，根據(jù)原子守恒、電子守恒書寫反應(yīng)方程式。

(1)①中，0～10min內(nèi)V(CH4)==0.015mol/(L·min)，根據(jù)方程式CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)可知：V(NO2)：V(CH4)=2：1，所以V(NO2)=2 V(CH4)= 0.03mol/(L·min)；

(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：在相同時間內(nèi)，T2中參與反應(yīng)的甲烷的物質(zhì)的量較T1大，說明反應(yīng)速率T2>T1，由于在其它條件不變時，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，所以溫度T2>T1；

(3)組別②中溫度比①高，在40min時已經(jīng)達到平衡，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知n(CH4)=0.15mol；

在溫度為T1時CH4的平衡的物質(zhì)的量為0.10mol；在溫度為T2時CH4的平衡的物質(zhì)的量為0.15mol.由于溫度T2>T1，根據(jù)平衡移動原理：升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

(4)升高溫度，反應(yīng)速率快，達到平衡所需要的時間短。由于溫度T2>T1，所以在溫度為T2時先達到平衡。由于CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動，平衡時CO2的物質(zhì)的量比溫度為T1時少所以溫度與CO2的物質(zhì)的量關(guān)系圖像為：；

(5)CO與NOx反應(yīng)，生成CO2、N2，根據(jù)原子守恒、電子守恒可得：該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2xCO+2NOxN2+2xCO2。