Question

【题目】合理利用和转化NO2、SO2、CO、NO等污染性气体是环保领域的重要课题。

（1）用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知：

①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574.0kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H=－1160.0 kJ/mol

③H2O(g)=H2O(1) △H=－44.0 kJ/mol

CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的热化学方程式是__________________。

（2）已知2NO(g)+O2(g)2 NO2(g)的反应历程分两步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2)

②N2O2(g)+O2(g)2 NO2(g) (慢) v2正=k2正·c (N2O2)·c(O2)， v2逆=k2逆·c 2(NO2)

一定温度下，反应2NO(g)+O2(g)2 NO2(g)达到平衡状态，该反应的平衡常数的表达式K=______________________(用k1正、k1正、k2逆、k2逆表示)，反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小关系为E1___________E2（填“＞”“＜”或“=”）

（3）用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。

向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，恒温(T℃)时，各物质的浓度随时间的变化如下表：

①T℃时，该反应的平衡常数为___________(保留两位有效数字)

②在31min时，若只改变某一条件使平衡发生移动，40min、50min时各物质的浓度如上表所示，则改变的条件是______________________。

③在51min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”)。

（4）反应N2O4(g)2NO2(g) △H>0，在一定条件下N2O4与NO2的消耗速率与各自的分压(分压=总压×物质的量分数)有如下关系：v(N2O2)=k1·p(N2O4)，v(NO2)=k2·p2(NO2)其中k1、k2是与温度有关的常数，相应的速率与N2O4或NO2的分压关系如图所示。

在T℃时，图中M、N点能表示该反应达到平衡状态，理由是______________________。改变温度，v(NO2)会由M点变为A、B或C，v(N2O4)会由N点变为D、E或F，当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为___________(填字母)。

Answer 1

【答案】CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol ＜ .56 减小CO2浓度(其他合理也可) 正向移动 M点v(NO2)是N点v(N2O4)的2倍，根据化学方程式N2O4(g)2NO2(g)可以判断出该反应的正反应速率等于逆反应速率(其他合理答案也可) B、F

【解析】

（1）根据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，标注物质聚集状态和对应反应焓变；

（2）v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2)，v2正=k2正·c (N2O2)·c(O2)， v2逆=k2逆·c 2(NO2)，可知c2(NO)=，c(N2O2)=，c(N2O2)·c(O2)=，c2(NO2)=，因而K=，

①2NO(g)N2O2(g)(快)；②N2O2(g)+O2(g)2 NO2(g) (慢)，反应①的速率大于反应②，可知活化能E1<E2；

（3）①根据图表数据结合化学平衡常数概念是利用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积计算得到；
②根据图表数据计算分析判断；
③根据在51min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，求出Qc与平衡常数K比较，以此判断平衡移动方向；

（4）当2v(N2O4)=v(NO2)时，证明v(正)=v(逆)，反应达到平衡状态，图中只有M点的NO2的消耗速率是N点N2O4的消耗速率的2倍，所以表示达到化学平衡状态的点是M、N；

反应N2O4(g)2NO2(g)正反应为吸热反应，升温平衡向正反应方向移动，NO2浓度增大，平衡分压增加，N2O4浓度减小，平衡分压减小，当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为B、F。

（1）①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574.0kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H=－1160.0 kJ/mol

③H2O(g)=H2O(1) △H=－44.0 kJ/mol

CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的热化学方程式是

根据盖斯定律计算（①+②+③×4）得到 CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的热化学方程式：CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol；
因此，本题正确答案是：CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol；

（2）v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2)，v2正=k2正·c (N2O2)·c(O2)， v2逆=k2逆·c 2(NO2)，可知c2(NO)=，c(N2O2)=，c(N2O2)·c(O2)=，c2(NO2)=，

因而K=，

①2NO(g)N2O2(g)(快)；②N2O2(g)+O2(g)2 NO2(g) (慢)，反应①的速率大于反应②，可知活化能E1＜E2，

因此，本题正确答案是：；＜；

（3）①平衡状态物质的平衡浓度为，c(NO)=0.04mol/L；c(N2)=0.03mol/L；c(CO2)= 0.03mol/L；K===0.56；
因此，本题正确答案是：0.56；
② 31min时改变某一条件，反应重新达到平衡，根据平衡常数计算得到

c(NO)=0.032mol/L；c(N2)=0.034mol/L；c(CO2)= 0.017mol/L；

K===0.56，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；根据数据分析，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，所以可能是减小二氧化碳浓度；

因此，本题正确答案是：减小CO2浓度；

③在51min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，则此时Qc===0.28<K=0.56，则化学平衡正向移动，
因此，本题正确答案是：正向移动；

p>（4）当2v(N2O4)=v(NO2)时，证明v(正)=v(逆)，反应达到平衡状态，图中只有M点的NO2的消耗速率是N点N2O4的消耗速率的2倍，所以表示达到化学平衡状态的点是M、N；

反应N2O4(g)2NO2(g)正反应为吸热反应，升温平衡向正反应方向移动，NO2浓度增大，平衡分压增加，N2O4浓度减小，平衡分压减小，当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，所以相应的点分别为B、F；

因此，本题正确答案是：M点v(NO2)是N点v(N2O4)的2倍，根据化学方程式N2O4(g)2NO2(g)可以判断出该反应的正反应速率等于逆反应速率； B、F。