Question

【题目】合理利用和转化NO2、SO2、CO、NO等污染性气体是环保领域的重要课题。

(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知：

①；；

②，；

③，；

1 mol CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的反应热为________。

(2)已知的反应历程分两步：

①（快）；，；

②（慢）；，

一定温度下，反应达到平衡状态，该反应的平衡常数的表达式K=____（用表示），反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小关系为E1____E2（填“>”“<”或“=”）。

(3)用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为：。向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，恒温(T℃)时，各物质的浓度随时间的变化如下表：

①T℃时，该反应的平衡常数的计算式为______。

②在31 min时，若只改变某一条件使平衡发生移动，40 min、50 min时各物质的浓度如上表所示，则改变的条件是____

③在51 min时，保持温度和容器体积不变再充人NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，此时反应v正____v逆（填“>”、“<”或“=”）。

(4)反应N2O4(g) 2NO2(g) △H>0，在一定条件下N2O4与NO2的消耗速率与各自的分压（分压=总压×物质的量分数）有如下关系：，其中k1、k2是与温度有关的常数，相应的速率与N2O4或NO2的分压关系如图所示。

在T℃时，图中M、N点能表示该反应达到平衡状态，理由是___________ 。改变温度，v(NO2)会由M点变为A、B或C，v(N2O4)会由N点变为D、E或F，当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为_______（填字母）。

Answer 1

【答案】-955.0kJ/mol < 减小二氧化碳浓度 > M点v(NO2)是N点v(N2O4)的2倍，根据化学方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判断出该反应的正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡状态 BF

【解析】

（1）根据已知的热化学方程式和盖斯定律进行计算；

（2）平衡状态下，正逆反应速率相等，可得，，再列出反应的平衡常数的表达式，从而得出K=；反应速率越慢，说明反应的活化能越大；

（3）①由表中数据可知，T℃时，反应，20min-30min反应处于平衡状态；40min-50min反应也处于平衡状态；温度不变，平衡常数不变，则可分别由两次平衡时各物质的浓度列出平衡常数的计算式；

②已知反应条件为恒温恒容，依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，且该反应为反应前后气体体积不变的反应，所以改变的条件应为减小二氧化碳浓度，平衡正向移动；

③先计算出该反应的平衡常数，再计算此时的浓度商，进而判断反应进行的方向，从而比较v正、v逆的大小关系；

（4）当达到化学平衡时，满足v正=v逆，即消耗速率：2v(N2O4)=v(NO2)，由图可知M点v(NO2)是N点v(N2O4)的2倍，可以判断出该反应的正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡状态；升高温度，正、逆反应速率均加快，据此分析解答。

（1）已知的热化学方程式：①；；②，；③，；根据盖斯定律(①+②+4×③)×，可得到CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955.0kJ/mol，则1 mol CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的反应热为-955.0kJ/mol；

故答案为：-955.0kJ/mol；

（2）①（快）；，；

②（慢）；，；平衡状态下，正逆反应速率相等，即，，一定温度下，反应达到平衡状态，该反应的平衡常数的表达式=；反应②的反应速率慢，说明反应的活化能大，则E1<E2；

故答案为：；<；

（3）①由表中数据可知，T℃时，反应，20min-30min反应处于平衡状态，各物质的平衡浓度为：c(CO2)=c(N2)=0.030mol/L，c(NO)=0.040mol/L；40min-50min反应也处于平衡状态，各物质的平衡浓度为：c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.034mol/L，c(NO)=0.032mol/L；温度不变，平衡常数不变，则反应的平衡常数为：；

故答案为：；

②在31min时，改变某一条件，反应重新达到平衡时c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.034mol/L，c(NO)=0.032mol/L，已知反应条件为恒温恒容，依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，且该反应为反应前后气体体积不变的反应，所以改变的条件应为减小二氧化碳浓度，平衡正向移动；

故答案为：减小二氧化碳的浓度；

③该反应的平衡常数为，在51 min时，保持温度和容器体积不变再充人NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，则此时c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.068mol/L，c(NO)=0.064mol/L，，

平衡正向移动，则v正>v逆；

故答案为：>；

（4）当达到化学平衡时，满足v正=v逆，即消耗速率：2v(N2O4)=v(NO2)，M点v(NO2)是N点v(N2O4)的2倍，根据化学方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判断出该反应的正反应速率等于逆反应速率，则在T℃时，图中M、N点能表示该反应达到平衡状态；升高温度，正、逆反应速率均加快，则反应重新达到平衡时，相应的点分别为：BF；

故答案为：M点v(NO2)是N点v(N2O4)的2倍，根据化学方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判断出该反应的正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡状态；B、F。