Question

2．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NO_x、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：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1910kJ/mol．
（2）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加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=akJ•mol^-1．
在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如表：

	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	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）=0.042mol•L^-1•min^-1；计算该反应的平衡常数K=；
②30min后，只改变某一条件，根据上表中的数据判断改变的条件可能是BE（填字母编号）．
A．通人一定量的CO₂    B．加入合适的催化剂    C．适当缩小容器的体积
D．通人一定量的NO     E．加入一定量的活性炭
③若50min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的转化率降低（填“升高”或“降低”），a＜ 0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）由反应：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，由盖斯定律可知：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=①+②+4×③，由此分析解答；
（2）①分析图表数据结合反应速率概念是单位时间内物质浓度变化计算化学反应速率，V=$\frac{△c}{△t}$计算得到反应速率，计算平衡浓度得到平衡常数，k=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$；
②依据图表数据分析，结合平衡浓度计算平衡常数和浓度变化分析判断，30min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=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，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；
③若50min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＞4：3，说明平衡向逆反应方向移动；

解答 解：（1）由反应：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，由盖斯定律可知：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=①+②+4×③=-574-1160-4×44=-1910kJ/mol，故答案为：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1910kJ/mol；
（2）①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=$\frac{1.00mol/L-0.58mol/L}{10min}$=0.042mol•L^-1•min^-1；
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡浓度c（N₂）=0.3mol/L；c（CO₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L；反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$；
故答案为：0.042mol•L^-1•min^-1，$\frac{9}{16}$；
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=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，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、通人一定量的CO₂，新平衡状态下物质平衡浓度增大，故正确；
B、加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，不改变化学平衡，故错误；
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，平衡不动，故错误；
故答案为：BE；
③若50min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＞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，故答案为：降低；＜．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡的影响因素分析化学平衡移动原理的应用，平衡常数计算判断，题目难度中等．