Question

CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=−867 kJ·mol^－1。该反应可用于消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃时，分别将0.50 molCH₄和a molNO₂充入1L的密闭容器中发生反应，测得有关数据如下表：

实验编号	温度	时间	0	10	20	40	50
1	130℃	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

 

（1）开展实验1和实验2的目的是                                          。

（2）180℃时，反应到40min，体系     （填“是”或“否”）达到平衡状态，理由是                                                ；CH₄的平衡转化率为        。

（3）已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4，试计算a的值。（写出计算过程）

（4）一定条件下，反应时间t与转化率μ（NO₂）的关系如图所示，请在图像中画出180℃时，压强为P₂（设压强P₂＞P₁）的变化曲线，并做必要的标注。

（5）根据已知求算：ΔH2=                    。

CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=−574 kJ·mol^－1

CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH2

 

Answer 1

【答案】

（16分）有效数字错误或无单位运算或无作答，总扣1分

（1）研究温度对该化学平衡的影响（2分）

（2）是（1分）    温度升高，反应加快，对比实验1，高温下比低温下更快达到平衡状态。可确定40min时反应已经达平衡状态（2分）      70%（2分）

（3）          CH₄（g）+2NO₂（g）N₂（g）＋CO₂（g）+2H₂O（g）

起始浓度（mol/L）：  0.5       n             0       0          0

变化浓度（mol/L）：  0.40     0.80           0.40    0.40        0.80

平衡浓度（mol/L）：   0.10    n-0.80          0.40    0.40        0.80  （2分）

则：，解得a＝1.2    

答：a的值为1.2   （2分）

（4）

（2分，无标注扣1分）     

（5）−1160kJ/mol（3分）

【解析】

试题分析：（1）控制变量进行探究才能尽快得出合理结论，依题意可知，实验1和2的研究目的是温度对化学平衡的影响，其他条件保持不变，仅仅反应温度分别为130℃、180℃；（2）130℃时，反应到40min时甲烷的物质的量保持不变，说明已达平衡，升高温度，反应速率增大，达到平衡的时间缩短，则180℃时，反应到40min，体系一定达到平衡状态；由于平衡时甲烷的物的量保持不变，读表可知平衡时甲烷为0.15mol，由于起始时甲烷为0.50mol，则甲烷的平衡转化率=(0.50—0.15)mol/0.50mol×100%=70%；（3）根据表中数据，130℃时：

                 CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)

起始浓度（mol/L）  0.5     n         0     0       0

变化浓度（mol/L）  0.4    0.8        0.4   0.4      0.8

平衡浓度（mol/L）  0.1   n—0.8      0.4   0.4      0.8

则130℃时该反应的K=[c(N₂)×c(CO₂)×c²(H₂O)]/[c(CH₄)×c²(NO₂)]=（0.4×0.4×0.8²）/[0.1×(n—0.8）²]=6.4， 解得：n=1.2；

（4）180℃、P₁变为180℃、P₂，就是增大压强，则反应速率增大，平衡左移，二氧化氮的平衡转化率减小，因为正反应是气体体积增大的反应；画图要点为：①起点与180℃、P₁时相同；②未达平衡前，180℃、P₂时曲线位于180℃、P₁时曲线的左边；③180℃、P₂时达到平衡的时间小于180℃、P₁时；④平衡时，180℃、P₂时曲线位于180℃、P₁时曲线的下边；

（5）CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=−867 kJ·mol^－1，由于系数加倍焓变也加倍，则2CH₄(g)+4NO₂(g)2N₂(g)+2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=−2×867 kJ·mol^－1，由于CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=−574 kJ·mol^－1，根据盖斯定律，前者减去后者可得CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，且焓变等于−1160kJ/mol，故ΔH2=−1160kJ/mol。

考点：考查化学反应原理大题，涉及控制变量实验、温度对化学平衡的影响、平衡转化率的计算、根据平衡常数求反应物的起始量、压强对化学反应速率和化学平衡的影响图像、盖斯定律、热化学方程式等。