Question

6．运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义．
（1）用活性炭还原法可以处理氮氧化物．某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ/mol．在T₁℃时，反应进行到不同时间（min）测得各物质的浓度（mol/L）如下：

时间 浓度	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是ad （填字母编号）．
a．通入一定量的NO   b．加入一定量的活性炭   c．加入合适的催化剂   d．适当缩小容器的体积
 ②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3：1：1，则Q＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N₂的转化率随温度、CO混存量的变化情况如1图所示，利用以下反应：NO+CO?N₂+CO₂（有CO），2NO?N₂+O₂（无CO）

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；在n（NO）/n（CO）=1的条件下，应控制最佳温度在870℃左右．
②用C_xH_y（烃）催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染．写出C₂H₆与NO₂发生反应的化学方程式4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O．
 ③以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
 ①在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol•L^-1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图2所示，则压强P₁小于 P₂（填“大于”或“小于”）；压强为P₂时，在Y点：v（正）大于v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）．
②天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X．由质谱分析得X的相对分子质量为106，其核磁共振氢谱如图3，则X的结构简式为．

Answer 1

分析 （1）①反应前后是气体体积不变的反应，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大，说明改变的条件是缩小体积增大浓度，或加入一氧化氮达到新平衡后个物质浓度增大；
②若30min后容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为2：1；1，升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为3：1：1，说明平衡逆向进行，逆反应方向是吸热反应，正反应为放热反应；
（2）升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热，据此解答即可；
（3）①该反应正向为体积增大的方向，压强越大，CH₄的转化率越小；压强为P₂时，在Y点反应未达到平衡，则反应正向移动；
②已知X的相对分子质量为l06，设其分子式为C_xH_y，由$\frac{106}{12}$可知x=8，y=10，再根据质谱图中有2个峰，判断分子中含有2种环境的H．

解答 解：（1）①30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大；
a．通入一定量的NO，反应正向进行，达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大，故a符合；
b．加入一定量的活性炭是固体，对平衡无影响，故b不符合；
c．加入合适的催化剂，只能改变化学反应速率，不能改变平衡，浓度不变，故c不符合；
d．适当缩小容器的体积，反应前后是气体体积不变的反应，平衡不动，但个物质浓度增大，符合要求，故d符合；故答案为：ad；
②若30min后，达到平衡时容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比2：1：1，升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为3：1：1，所以平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应方向是放热反应Q＜0；故答案为：＜；
（2）①升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；由图可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，870℃时，NO还原为N₂的转化率为100%，故答案为：该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；870℃；
②C₂H₆与NO₂发生反应生成无毒的N₂、CO₂和H₂O，反应为4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O，故答案为：4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O；
③燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（3）①该反应正向为体积增大的方向，压强越大，CH₄的转化率越小，已知相同温度下，P₁条件下的转化率大于P₂，则P₁小于P₂；压强为P₂时，在Y点反应未达到平衡，则反应正向移动，所以v（正）大于v（逆）；故答案为：小于；大于；
②芳香烃X，已知X的相对分子质量为l06，设其分子式为C_xH_y，由$\frac{106}{12}$可知x=8，y=10，说明分子中含有一个苯环，另外含有2个C原子，再根据质谱图中有2个峰，可知分子中含有2种环境的H，则分子结构对称，所以其结构简式为；故答案为：．

点评 本题考查了原电池原理、方程式的书写、化学平衡常数、平衡移动、有机物分子式的确定等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．