Question

【题目】氮的氧化物是主要的空气污染物，目前消除氯氧化物污染的方法有多种。

(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1160 kJ·mol－1（Ⅰ）

CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1（Ⅱ）

H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44．0 kJ·mol－1（Ⅲ）

①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：________

②为研究不同条件下对上述反应( Ⅱ )的影响，在恒温条件下,向2 L 的恒容密闭容器中加入0.2mol CH4和0.4mol NO2,10min反应（Ⅱ）达到平衡，测得l0min内v(NO)=5×10-3mol/(L·min),则平衡后n(CH4)=___mol,NO2的转化率a1=_________.其它条件不变，反应在恒压条件下进行，平衡时NO2的转化率a2____a1(填“大于” 小于”或“ 等于” )。

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下

时间 浓度(mol/L) 物质	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据 是_________

A．容器内CO2的浓度保持不变

B．v正（N2）= v正（NO）

C．混合气体的平均相对分子质量保持不变

D．混合气体的密度保持不变

E．容器内压强保持不变

②在T℃时．该反应的平衡常数为_______ (保留两位小数)；

③在30 min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是________。

（3）科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2, 研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．如图表示在其他条件不变时，反应：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g) 中NO的浓度c(NO)随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。

①该反应的ΔH____0（填“>”或“<”）。

②若催化剂的表面积S1 >S2，在图中画出c(NO)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。____

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-955kJ/mol 0.175 25% 大于 BE 0.56 减小CO,的浓度 ① < 如图所示

【解析】试题分析：(1) ① 根据盖斯定律写CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g) ,CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式；② 根据v(NO)=5×10-3mol/(L·min)计算10min内c(NO)的变化量，利用“三段式”计算平衡后n(CH4)、NO2的转化率a1；CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1，正反应体积增大，其它条件不变，反应在恒压条件下进行，相当于减压，平衡正向移动。（2）①根据平衡标志分析；②根据 计算在T℃时该反应的平衡常数；③根据表格数据，40min时NO、CO2的浓度减小，N2的浓度增大分析；（3）①根据“先拐先平”，T2温度大于T1，升高温度NO的百分含量增大，平衡逆向移动；②催化剂表面积越大，反应速率越快，但平衡不移动，NO的百分含量不变；

解析：(1) ① CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1160 kJ·mol－1（Ⅰ）

CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1（Ⅱ）

H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44．0 kJ·mol－1（Ⅲ），根据盖斯定律Ⅰ×＋（Ⅱ）× －Ⅲ×2得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=N2(g)+CO2(g) +2H2O (l) ΔH=-955kJ/mol；② v(NO)=5×10-3mol/(L·min),10min内c(NO)的变化量是0.05 mol/L ，

则平衡时n(CH4)=0.0875 mol/L×2L=0.175mol； NO2的转化率a1=；CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1，正反应体积增大，其它条件不变，反应在恒压条件下进行，相当于减压，平衡正向移动，所以平衡时NO2的转化率a2大于a1。

（2）①A．根据化学平衡定义，容器内CO2的浓度保持不变，一定平衡；B．任意时刻都满足 v正（N2）= v正（NO），所以v正（N2）= v正（NO）时不一定平衡；C． m不变，总物质的量n是变量，根据 ，混合气体的平均相对分子质量是变量，则平均相对分子质量保持不变一定平衡；D．气体质量不变、容器体积不变，根据，密度是定量，所以混合气体的密度保持不变不一定平衡；E．气体物质的量是变量，容器体积不变，所以压强是变量，容器内压强保持不变一定平衡；故选BE。

②根据 ，在T℃时该反应的平衡常数0.56 ；③根据表格数据，40min时NO、CO2的浓度减小，N2的浓度增大分析，所以在30min改变的条件是减小CO2的浓度；（3）①根据“先拐先平”，T2温度大于T1，升高温度NO的百分含量增大，平衡逆向移动，反应的ΔH<0；②催化剂表面积越大，反应速率越快，但平衡不移动，NO的百分含量不变，所以变化曲线是。