Question

【题目】近年来“雾霾”污染日益严重，原因之一是机动车尾气中含有NO、NO2、CO等气体，火力发电厂释放出大量的NOx、SO2和CO2等气体也是其原因，现在对其中的一些气体进行了一定的研究：

（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) △H = - 574 kJ/mol

②CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H = - 1160 kJ/mol

③H2O(g) = H2O(l) △H = - 44.0 kJ/mol

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）汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体转化为无毒气体。4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-1200 kJ·mol-1

对于该反应，温度不同（T2＞T1）、其他条件相同时，下列图像正确的是________________（填代号）。

（3）用活性炭还原法也可以处理氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH=a kJ/mol

在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如下：

时间/min 浓度/(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①根据图表数据分析T1℃时，该反应在0-20min的平均反应速率v（NO）=_____________________；计算该反应的平衡常数K=____________________。

②30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是_________（填字母代号）。

A．通入一定量的CO2 B．加入合适的催化剂

C．适当缩小容器的体积 D．通入一定量的NO

E．加入一定量的活性炭

③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2:1:1，则达到新平衡时NO的转化率____________（填“升高”或“降低”），a________0（填“>”或“<”）。

（4）温度T1和T2时，分别将0.50 mol CH4和1.2mol NO2充入1 L的密闭容器中发生反应：CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=bkJ/mol。

测得有关数据如下表：

温度	时间/min 物质的量	0	10	20	40	50
T1	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18	x	0.15

下列说法正确的是__________________。

A．T1＞T2，且b＞0

B．当温度为T2、反应进行到40 min时， x＞0.15

C．温度为T2时，若向平衡后的容器中再充入0.50 mol CH4和1.2mol NO2，重新达到平衡时，n（N2）<0.70mol

D．温度为T1时，若起始时向容器中充入0.50 mol CH4(g)、0.50 molNO2(g)、1.0 mol N2(g)、2.0 molCO2(g)、0.50molH2O(g)，反应开始时，ν(正)＞ν(逆)

Answer 1

【答案】 CH4(g) +2 NO2(g) = N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(l) △H =－955 kJ/mol 乙 0.030mol·L－1 ·min－1 0.56 （或9/16） 降低 < CD

【解析】（1）已知：①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574k·mol－1；②CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ·mol－1；③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ·mol－1，根据盖斯定律，（①+②+3×4）÷2可得：CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H=-574k·mol－1-1160kJ·mol－1-574k·mol－1×4=－955 kJ/mol ；（2）该反应为放热反应，升高温度，正逆反应速率均增大，都应该比原来的速率大，图象与实际情况不相符，故甲错误；升高温度，反应向着逆向进行，反应物的转化率减小，反应速率加快，图象与实际反应一致，故乙正确，压强相同时，升高温度，反应向着逆向移动，一氧化氮的体积分数应该增大，图象与实际不相符，故丙错误，故选乙；（3）0～20min内，CO2的平均反应速率v（NO）=（1.0mol·L－1-0.4mol·L－1）/20min=0.030mol·L－1 ·min－1；C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），平衡浓度c（N2）=0.3mol·L－1；c（CO2）=0.3mol·L－1；c（NO）=0.4mol·L－1；反应的平衡常数K= =0.56；②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），依据图表数据分析，平衡状态物质浓度增大，依据平衡常数计算K=，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增大，反应前后气体体积不变，所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮；A．生成物CO2和N2按方程式计量数之比同时增大，通入一定量的CO2不合理，故A错误； B．加入催化剂不能使平衡移动，故B错误；C．适当缩小容器的体积，反应前后体积不变，平衡状态物质浓度增大，故C正确；D．通入一定量的NO，新平衡状态下物质平衡浓度增大，故D正确；E．加入一定量的活性炭，碳是固体对平衡无影响，平衡不移动，故E错误；故选CD。③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比从为2：1：1，氮气和二氧化碳难度之比始终为1：1，所以2：1=6：3＞4：3，说明平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时NO的转化率降低，说明逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应，a<0；（4）A、温度升高，反应速率加快，因此T2＞T1，甲烷剩余量增多，说明反应逆向进行，正反应放热，所以b＜0，故A错误；B、当温度为T2、反应进行到40 min时，反应达到平衡状态，x=0.15，故B错误；C、温度为T2时，若向平衡后的容器中再充入0.50 mol CH4和1.2mol NO2，平衡逆向移动，重新达到平衡时，n（N2）小于原平衡n（N2）的2倍，故C正确；

D、对于反应 CH4（g）+2NO2（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）

起始（mol·L－1） 0.5 1.2 0 0 0

变化（mol·L－1） 0.4 0.8 0.4 0.4 0.8

平衡（mol·L－1） 0.1 0.4 0.4 0.4 0.8

温度为T1时，平衡常数K= =6.4，若起始时向容器中充入0.50 mol CH4（g）、0.50 molNO2（g）、1.0 mol N2（g）、2.0 molCO2（g）、0.50 molH2O（g），浓度商==4＜K，平衡正向移动，ν（正）＞ν（逆），故D正确。故选CD。