Question

2．近年來“霧霾”污染日益嚴重，原因之一是機動車尾氣中含有NO、NO₂、CO等氣體，火力發(fā)電廠釋放出大量的NO_x、SO₂和CO₂等氣體也是其原因，現(xiàn)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/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160 kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0 kJ/mol
寫出CH₄（g）與NO₂（g）反應生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1910kJ/mol．
（2）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=akJ•mol^-1．
在T1℃時，反應進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如表：

	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析T₁℃時，該反應在0-20min的平均反應速率V（NO）=0.042mol•L^-1•min^-1；計算該反應的平衡常數(shù)K=；
②30min后，只改變某一條件，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是BE（填字母編號）．
A．通人一定量的CO₂    B．加入合適的催化劑    C．適當縮小容器的體積
D．通人一定量的NO     E．加入一定量的活性炭
③若50min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1：1，則達到新平衡時NO的轉(zhuǎn)化率降低（填“升高”或“降低”），a＜ 0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）由反應：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574 kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160 kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0 kJ/mol，由蓋斯定律可知：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=①+②+4×③，由此分析解答；
（2）①分析圖表數(shù)據(jù)結(jié)合反應速率概念是單位時間內(nèi)物質(zhì)濃度變化計算化學反應速率，V=$\frac{△c}{△t}$計算得到反應速率，計算平衡濃度得到平衡常數(shù)，k=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，結(jié)合平衡濃度計算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷，30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計算K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
③若50min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為2：1：1，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以2：1＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動；

解答 解：（1）由反應：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574 kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160 kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0 kJ/mol，由蓋斯定律可知：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=①+②+4×③=-574-1160-4×44=-1910kJ/mol，故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1910kJ/mol；
（2）①0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v（NO）=$\frac{1.00mol/L-0.58mol/L}{10min}$=0.042mol•L^-1•min^-1；
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡濃度c（N₂）=0.3mol/L；c（CO₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L；反應的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$；
故答案為：0.042mol•L^-1•min^-1，$\frac{9}{16}$；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計算K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
A、通人一定量的CO₂，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故正確；
B、加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應速率，不改變化學平衡，故錯誤；
C、適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故正確；
D、通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故正確；
E、加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動，故錯誤；
故答案為：BE；
③若50min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為2：1：1，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以2：1＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動，達到新平衡時NO的轉(zhuǎn)化率降低，說明逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故答案為：降低；＜．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的影響因素分析化學平衡移動原理的應用，平衡常數(shù)計算判斷，題目難度中等．