Question

【題目】合理利用和轉化NO2、SO2、CO、NO等污染性氣體是環保領域的重要課題。

（1）用CH4催化還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)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的熱化學方程式是__________________。

（2）已知2NO(g)+O2(g)2 NO2(g)的反應歷程分兩步：

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)

一定溫度下，反應2NO(g)+O2(g)2 NO2(g)達到平衡狀態，該反應的平衡常數的表達式K=______________________(用k1正、k1正、k2逆、k2逆表示)，反應①的活化能E1與反應②的活化能E2的大小關系為E1___________E2（填“＞”“＜”或“=”）

（3）用活性炭還原法處理氮氧化物的有關反應為：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。

向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫(T℃)時，各物質的濃度隨時間的變化如下表：

①T℃時，該反應的平衡常數為___________(保留兩位有效數字)

②在31min時，若只改變某一條件使平衡發生移動，40min、50min時各物質的濃度如上表所示，則改變的條件是______________________。

③在51min時，保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則化學平衡___________(填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”)。

（4）反應N2O4(g)2NO2(g) △H>0，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與各自的分壓(分壓=總壓×物質的量分數)有如下關系：v(N2O2)=k1·p(N2O4)，v(NO2)=k2·p2(NO2)其中k1、k2是與溫度有關的常數，相應的速率與N2O4或NO2的分壓關系如圖所示。

在T℃時，圖中M、N點能表示該反應達到平衡狀態，理由是______________________。改變溫度，v(NO2)會由M點變為A、B或C，v(N2O4)會由N點變為D、E或F，當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為___________(填字母)。

Answer 1

【答案】CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol ＜ .56 減小CO2濃度(其他合理也可) 正向移動 M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，根據化學方程式N2O4(g)2NO2(g)可以判斷出該反應的正反應速率等于逆反應速率(其他合理答案也可) B、F

【解析】

（1）根據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，標注物質聚集狀態和對應反應焓變；

（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)，反應①的速率大于反應②，可知活化能E1<E2；

（3）①根據圖表數據結合化學平衡常數概念是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
②根據圖表數據計算分析判斷；
③根據在51min時保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，求出Qc與平衡常數K比較，以此判斷平衡移動方向；

（4）當2v(N2O4)=v(NO2)時，證明v(正)=v(逆)，反應達到平衡狀態，圖中只有M點的NO2的消耗速率是N點N2O4的消耗速率的2倍，所以表示達到化學平衡狀態的點是M、N；

反應N2O4(g)2NO2(g)正反應為吸熱反應，升溫平衡向正反應方向移動，NO2濃度增大，平衡分壓增加，N2O4濃度減小，平衡分壓減小，當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為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)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的熱化學方程式是

根據蓋斯定律計算（①+②+③×4）得到 CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(的熱化學方程式：CH4 (g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ/mol；
因此，本題正確答案是：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)，反應①的速率大于反應②，可知活化能E1＜E2，

因此，本題正確答案是：；＜；

（3）①平衡狀態物質的平衡濃度為，c(NO)=0.04mol/L；c(N2)=0.03mol/L；c(CO2)= 0.03mol/L；K===0.56；
因此，本題正確答案是：0.56；
② 31min時改變某一條件，反應重新達到平衡，根據平衡常數計算得到

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

K===0.56，化學平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；根據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小二氧化碳濃度；

因此，本題正確答案是：減小CO2濃度；

③在51min時保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則此時Qc===0.28<K=0.56，則化學平衡正向移動，
因此，本題正確答案是：正向移動；

p>（4）當2v(N2O4)=v(NO2)時，證明v(正)=v(逆)，反應達到平衡狀態，圖中只有M點的NO2的消耗速率是N點N2O4的消耗速率的2倍，所以表示達到化學平衡狀態的點是M、N；

反應N2O4(g)2NO2(g)正反應為吸熱反應，升溫平衡向正反應方向移動，NO2濃度增大，平衡分壓增加，N2O4濃度減小，平衡分壓減小，當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，所以相應的點分別為B、F；

因此，本題正確答案是：M點v(NO2)是N點v(N2O4)的2倍，根據化學方程式N2O4(g)2NO2(g)可以判斷出該反應的正反應速率等于逆反應速率； B、F。