Question

【題目】甲烷是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，不僅可制備多種重要有機(jī)產(chǎn)品，還可用于環(huán)境保護(hù)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）用甲烷催化還原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染。已知：

反應(yīng)過(guò)程（2）是__反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”），甲烷還原NO2生成H2O(g)、N2和CO2時(shí)的熱化學(xué)方程式是__。

（2）工廠利用甲烷與氯氣的反應(yīng)原理制取氯甲烷，為妥善處理氯甲烷生產(chǎn)企業(yè)的副產(chǎn)物CCl4，以減少其對(duì)臭氧層的破壞�；瘜W(xué)家研究在催化條件下，通過(guò)下列反應(yīng)：CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)，使CCl4轉(zhuǎn)化為重要的化工原料氯仿(CHCl3)（不考慮副反應(yīng)）。在固定容積為2L的密閉容器中，該反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得如下數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	溫度℃	初始n(CCl4)( mol)	初始n(H2)( mol)	平衡時(shí)n(CHCl3)( mol)
1	110	0.8	1.2
2	110	2	2	1
3	100	1	1	0.6

①此反應(yīng)在110℃時(shí)平衡常數(shù)為___。

②實(shí)驗(yàn)l中，CCl4的轉(zhuǎn)化率為__。

③判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)是__（填“放熱”或“吸熱”），理由是__。

④為提高實(shí)驗(yàn)3中CCl4的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是__。

a.使用高效催化劑

b.向容器中再投入1molCCl4和1molH2

c.溫度升高到200℃

d.向容器中再投入1molHCl

e.向容器中再投入1molH2

Answer 1

【答案】吸熱 2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g)△H=-1734kJ/mol 1 60% 放熱 溫度為100℃時(shí)，K=2.25，大于110℃時(shí)的平衡常數(shù)，說(shuō)明升高溫度，反應(yīng)逆向移動(dòng)，則該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng) e

【解析】

（2）涉及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，據(jù)此進(jìn)行計(jì)算分析。

（1）由反應(yīng)過(guò)程（2）圖可知，反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，所以反應(yīng)過(guò)程（2）吸熱；由反應(yīng)過(guò)程（1）圖可知，反應(yīng)過(guò)程（1）的熱化學(xué)方程式：CH4(g)+4NO2(g)=CO2(g)+4NO(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol①，由反應(yīng)過(guò)程（2）圖可知，反應(yīng)過(guò)程（2）的熱化學(xué)方程式：CO2(g)+N2(g)+H2O(g) =CH4(g)+2NO(g) △H=+580kJ/mol②，得：2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g) △H=。故答案為：吸熱；2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g) △H=-1734kJ/mol；

（2）①利用“三段式”進(jìn)行計(jì)算：

由表中數(shù)據(jù)可知，110℃時(shí)，c(CHCl3)=，由題有：

則平衡常數(shù)K=，故答案為：1；

②由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2溫度相同，則二者的化學(xué)平衡常數(shù)也相同，由題有：初始c(CCl4)=，c(H2)=。設(shè)CCl4的轉(zhuǎn)化率為a，則：

則平衡常數(shù)，解得：a=0.6，故答案為：60%；

③由表中數(shù)據(jù)可知，在100℃時(shí)，c(CCl4)=，c(H2)=，平衡時(shí)c(CHCl3)=，利用“三段式”計(jì)算如下：

則平衡常數(shù)K=＞1，即溫度為100℃時(shí)，K=2.25，大于110℃時(shí)的平衡常數(shù)，說(shuō)明升高溫度，反應(yīng)逆向移動(dòng)，則該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。故答案為：放熱；溫度為100℃時(shí)，K=2.25，大于110℃時(shí)的平衡常數(shù)，說(shuō)明升高溫度，反應(yīng)逆向移動(dòng)，則該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

④a．使用高效催化劑，平衡不移動(dòng)，CCl4的轉(zhuǎn)化率不變，a項(xiàng)錯(cuò)誤；

b．向容器中再投入1molCCl4和1molH2，根據(jù)等效平衡，化學(xué)平衡不移動(dòng)，CCl4的轉(zhuǎn)化率不變，b項(xiàng)錯(cuò)誤；

c．溫度升高到200℃，平衡逆向移動(dòng)，CCl4的轉(zhuǎn)化率減小，c項(xiàng)錯(cuò)誤；

d．向容器中再投入1molHCl，平衡逆向移動(dòng)，CCl4的轉(zhuǎn)化率減小，d項(xiàng)錯(cuò)誤；

e．向容器中再投入1molH2，平衡正向移動(dòng)，CCl4的轉(zhuǎn)化率增大，e項(xiàng)正確；

答案選：e。