Question

【题目】2018年春节，京津冀及周边区域遭遇“跨年”雾霾，二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，消除氮氧化物污染是研究方向之一。

（1）用CH4催化还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) ΔH＝－A kJ·mol-1

②2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋4NO(g) ΔH＝+ B kJ·mol-1

③2H2O(g)＝2H2O(l) ΔH＝－C kJ·mol-1

请写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g),CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式__________________ 。

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g),某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T0C)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

物质 浓度(mol/L)时间(min)	NO	N2	CO2
0	0.0100	0	0
10	0.0058	0.0021	0.0021
20	0.0040	0.0030	0.0030
30	0.0040	0.030	0.0030
40	0.0032	0.0034	0.0017
50	0.0032	0.0034	0.0017

①下列说法能作为判断该反应达到化学平衡状态标志的是_______

A．活性炭的质量

B．v 正(N2) = 2v逆 (NO)

C．容器内压强保持不变

D．容器内混合气体的密度保持不变

E．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变

F．容器内CO2的浓度保持不变

②压强平衡常数Kp，仅适用于气相平衡，以分压表示各成分的浓度，分压PA=P总 X nA%在T0C时，平衡总压为P,该反应的压强平衡常数的计算式为______________；

③在30 min时，若只改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件是___________；

④在50 min时保持温度和容器体积不变再充入NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，则化学平衡_______(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)

Answer 1

【答案】 2CH4(g)＋4NO2(g)＝2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－A-B-2C kJ·mol-1 ADEF Kp=（0.03P×0.03P）/(0.04P)2 减小CO2浓度（其它合理答案也得分） 正向移动

【解析】（1）根据盖斯定律：①-②＋③×2即得到该反应的热化学方程式。

（2）①A．活性炭是固体，质量不在减小时，反应达到平衡状态；B．反应速率之比等于化学方程式系数之比；C.该反应是气体体积不变的反应，反应过程中压强始终保持不变；D．反应后气体的质量增加，容器的体积不变，混合气体的密度保持不变，反应达到平衡状态；E．反应后气体的质量增加，根据M=m/V可以判断混合气体的平均相对分子质量保持不变，反应达到平衡状态；F．容器内CO2的浓度保持不变，CO2的量保持不变，反应达到平衡状态。

②20-30min反应达到平衡状态，根据各物质的平衡浓度，计算出各物质的物质的量的百分含量，再根据平衡常数公式进行计算。

③根据图表中数据氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，反应前后气体体积不变，所以改变的条件为：减小二氧化碳浓度；

④计算出在30 min时，计算出反应的平衡常数，在温度不变的条件下，计算出改变条件的浓度商，进行比较，判断反应进行的方向。

（1）根据盖斯定律可知，①-②＋③×2即得到2CH4(g)＋4NO2(g)＝2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－A-B-2C kJ·mol-1 ；正确答案：2CH4(g)＋4NO2(g)＝2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－A-B-2C kJ·mol-1 。

（2）①A.活性炭是固体反应物，消耗时，质量减小，当反应达平衡时，质量不变，反应达到平衡状态，正确；B．反应速率之比等于化学方程式系数之比，只有满足2v 正(N2) = 2v逆 (NO)时，反应达到平衡，B错误；C．该反应是气体体积不变的反应，反应过程中和反应平衡时压强相同，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡，C错误；混合气体密度等于质量除以体积，反应中碳是固体，只要平衡移动，气体质量一定发生变化，又因为体积不变，所以混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡，D正确；混合气体的平均相对分子质量等于气体总质量除以总物质的量，反应中碳是固体，只要平衡移动，气体质量一定发生变化，又因为气体物质的量不变，所以混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应达到平衡状态，E正确；容积不变，可逆反应达到平衡，气体反应物和生成物的浓度一定发生不再发生变化，F正确；正确选项ADEF。

②20-30min反应达到平衡状态，根据各物质的平衡浓度c(N0)=0.004mol/L ,c(N2)=0.003 mol/L , c(CO2)= 0.003 mol/L ；反应达平衡时，N0的物质量分数为0.004/(0.004+0.003+ 0.003)=0.04；N2的物质量分数为0.003/(0.004+0.003+ 0.003)=0.03；CO2的物质量分数为0.003/(0.004+0.003+ 0.003)=0.03；该反应的压强平衡常数的计算式为Kp=（0.03P×0.03P）/(0.04P)2；正确答案：（0.03P×0.03P）/(0.04P)2。

③化学平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，反应前后气体体积不变，所以改变的条件为：减小二氧化碳浓度；正确答案：减小CO2浓度。

④在30 min时，若只改变某一条件，反应重新达到平衡，各物质的平衡浓度为：c(N0)=0.0032mol/L,c(N2)=0.0034mol/L,c(CO2)= 0.0017mol/L；平衡常数K= c(CO2)×c(N2)/ c2(N0)= 0.0034×0.0017/(0.0032)2=0.56；其它条件不变，再充入NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，则c(N0)=0.0064 mol/L，c(N2)=0.0068 mol/L，根据浓度商QC= c(CO2)×c(N2)/ c2(N0)= 0.0017×0.0068/(0.0064)2=0.28< K=0.56,平衡右移；正确答案：正向移动。