Question

【题目】氮的氧化物既是空气的重要污染物，同时也是重要的化工原料。

（1）在373K时，向体积为2L的恒容真空容器中通入0.40molNO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g) ΔH=57.0kJ·mol1。测得NO2的物质的量分数[φ(NO2)]与反应时间(t)的关系如下表：

t/min	0	20	40	60	80
φ(NO2)	1.0	0.75	0.52	0.40	0.40

①0～20 min内，υ(N2O4)=___mol·L1·min1。

②上述反应中，υ正(NO2)=k1·c2(NO2)，υ逆(N2O4)=k2·c(N2O4)，其中k1、k2为速率常数，则373K时，k1、k2的数学关系式为___。改变温度至T1时k1=k2，则T1__373K（填“>”“<”或“=”）。

（2）NH3催化还原氮氧化物是目前应用广泛的烟气脱硝技术。已知：6NO2(g)+8NH3(g)7N2(g)+12H2O(l) ΔH，向容积为2L的恒容密闭容器中，充入NO2和NH3的混合气体0.14mol充分反应。不同投料比时，NO2的平衡转化率与温度的关系如图中曲线所示[投料比=n(NO2)/n(NH3)]。

①ΔH___0（填“>”“<”或“=”）。

②x___3∶4（填“>”“<”或“=”）。

③400K时，反应的平衡常数为___（填计算式即可）。

④投料比为3∶4时，Q点υ逆(NH3)___（填“>”“<”或“=”）P点υ逆(NH3)。

Answer 1

【答案】2.0×103 k1=60k2 > < > <

【解析】

（1）①根据表中数据计算NO2的消耗速率，再由化学计量比计算N2O4的生成速率；

②反应达到平衡时有υ正=υ逆，据此计算，反应为放热反应，温度升高，不利于反应正向进行；

（2）①投料比一定时，升高温度二氧化氮转化率减小，平衡逆向移动，则正反应放热；

②温度相同时，增大投料比，二氧化氮转化率减小；

③根据图像，400 K时，投料比3:4时，达到平衡NO2的转化率为50%，列出三段式，结合K的表达式计算；

④投料比为3：4时，温度相同，Q点没有达到平衡状态，要使反应达到平衡状态二氧化氮转化率应该增大，平衡正向移动，P点为平衡状态；

（1）①反应为：2NO2（g）N2O4（g），

起始（mol） 0.40 0

转化（mol） 2x x

20min(mol) 0.40-2x x

20min时，NO2的体积分数为0.75，所以 =0.75，可得x=0.08，所以反应20min时，消耗NO2的物质的量为0.08×2mol=0.16mol，0～20min内，NO2的消耗速率为υ（NO2）= =4×10-3mol/（L·min）， 根据化学计量比等于反应速率之比，则υ（N2O4）= υ（NO2）=2×10-3mol/（L·min）；

②反应达到平衡时有υ正=υ逆，即υ正（NO2）=2υ逆（N2O4），达到平衡时，NO2的体积分数为0.40，即（ 0.4-2x ）÷（0.4-x） =0.4，可得x=0.15，所以化学平衡常数为K= c(N2O4)÷c2(NO2) = =30，则有k1·c2（NO2）=2k2·c（N2O4），所以k1= 2k2c(N2O4) ÷c2(NO2) =60k2， 改变温度至T1时k1=k2，由于k1=2k2·K，则K=，平衡常数减小，正反应为放热反应，温度升高，不利于反应正向进行，所以温度应为升高，即T1＞373K；

（2）①投料比一定时，升高温度二氧化氮转化率减小，平衡逆向移动，则正反应放热，所以△H＜0；

②温度相同时，增大投料比，二氧化氮转化率减小，温度相同时二氧化氮转化率x较小，说明投料比x＞3：4；

③根据图像，400 K时，投料比3:4时，达到平衡NO2的转化率为50%，列三段式

6NO2（g）+8NH3（g）7N2（g）+12H2O（l）

c（起始）（mol/L）0.03 0.04 0

c（转化）（mol/L）0.03×0.5 0.02 0.0175

c（平衡）（mol/L）0.015 0.02 0.0175

反应的平衡常数K=；

④投料比为3：4时，温度相同，Q点没有达到平衡状态，要使反应达到平衡状态二氧化氮转化率应该增大，平衡正向移动，P点为平衡状态，所Q点υ逆（NH3）＜P点υ逆（NH3）。