Question

2013年10月9日，2013年诺贝尔化学奖在瑞典揭晓，犹太裔美国理论化学家马丁?卡普拉斯、美国斯坦福大学生物物理学家迈克尔?莱维特和南加州大学化学家亚利耶?瓦谢尔因给复杂化学体系设计了多尺度模型而分享奖项．三位科学家的研究成果已经应用于废气净化及植物的光合作用的研究中，并可用于优化汽车催化剂、药物和太阳能电池的设计．汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
（1）同一条件下该反应正反应的平衡常数为K₁，逆反应的表达式平衡常数为K₂，K₁与K₂的关系式

 

．
（2）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是

 

（填代号）．

（3）在体积为10L的密闭容器中，加入一定量的CO₂和H₂，在900℃时发生吸热反应并记录前5min各物质的浓度，第6min改变了条件．各物质的浓度变化如下表；

时间/min	CO2（mol/L）	H2（mol/L）	CO（mol/L）	H2O（mol/L）
0	0.2000	0.3000	0	0
2	0.1740	0.2740	0.0260	0.0260
5	0.0727	0.1727	0.1273	0.1273
6	0.0350	0.1350	0.1650

①前2min，用CO表示的该化学反应的速率为

 

；
②第5-6min，平衡移动的可能原因是

 

；
（4）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题．煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：

 

．
（5）在一定条件下，可以用NH₃处理NO_x．已知NO与NH₃发生反应生成N₂和H₂O，现有NO和NH₃的混合物1mol，充分反应后得到的还原产物比氧化产物多1.4g，则原反应混合物中NO的物质的量可能是

 

．
（6）在一定条件下，也可以用H₂可以处理CO合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及许多烃类物质．当两者以物质的量1：1催化反应，其原子利用率达100%，合成的物质可能是

 

．
a．汽油        b．甲醇            c．甲醛            d．乙酸．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）同一可能反应在相同温度下的平衡常数互为倒数；
（2）a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
b、到达平衡后，温度为定值，平衡常数不变，结合反应热判断随反应进行容器内温度变化，判断温度对化学平衡常数的影响；
c、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，最后不再变化；
d、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
（3）①依据化学反应速率概念计算V=

△c

△t

计算得到；
②第5～6min之间，生成物的浓度增大，反应物浓度减小，平衡正向进行；
（4）依据热化学方程式和 盖斯定律计算；
（5）反应的方程式为：6NO+4NH₃=5N₂+6H₂O，根据化合价的变化判断电子转移的方向和数目，根据化学方程式以及经还原得到的N₂比经氧化得到的N₂多1.4g，利用讨论法计算原反应混合物中NO与NH₃的物质的量；
（6）原子利用率达100%，即产物只有一种，故该反应为化合反应．再根据质量守恒定律进行判断．

解答： 解：（1）2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
同一条件下该反应正反应的平衡常数为K₁，逆反应的表达式平衡常数为K₂，二者互为倒数，则K₁与K₂的关系式K₁=K₂^-1，
故答案为：K₁=K₂^-1；
（2）a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；
b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故b正确；
c、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故c错误；
d、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
（3）①前2min，用CO表示的该化学反应的速率=

0.026mol/L

2min

=0.0130mol/L?min，故答案为：0.0130mol/（L?min）；
②第5-6min，反应物浓度减小，生成物一氧化碳难度增大，说明平衡正向进行，反应是吸热反应，平衡移动的可能原因是降低温度，或减少水蒸气的浓度，
故答案为：升高温度或减小H₂O的浓度；
（4）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律计算①-②-③×2得到CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-722.1kJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-722.1kJ/mol；
（5）反应的方程式为：6NO+4NH₃=5N₂+6H₂O，6molNO还原得到3molN₂，4molNH₃，氧化得到2molN₂，两者相差1molN₂，现相差1.4g，物质的量=

1.4g

28g/mol

=0.05mol，
相当于0.3molNO和0.2molNH₃反应，
依题意NO和NH₃的总物质的量为1mol，其中必有一种为过量，
所以有两种情况：0.3molNO和0.7molNH₃或0.2molNH₃和0.8molNO，
故答案为：0.3mol或0.8mol；
（6）原子利用率达100%，即产物只有一种，故该反应为化合反应．CO和H₂在一定条件下按照1：1催化反应，则生成物质的化学式可化为形式（CO）_n（H₂）_n，甲醛（CH₂O）可变为（CO）₁（H₂）₁，乙酸（C₂H₄O₂）可变为（CO）₂（H₂）₂，所以可能是甲醛或乙酸等，
故答案为：cd．

点评：本题考查化学反应速率、化学平衡影响因素分析判断，热化学方程式书写，“绿色化学”，即反应物中的原子利用率达到100%的理解应用，氧化还原反应定量计算，掌握基础是关键，题目难度中等．