Question

【题目】工业废气中氮氧化物（NO、NO2等，以通式NOx表示）是主要的大气污染物之一。

利用甲烷可消除NO2污染，CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)。在1L密闭容器中，控制不同温度，分别加入0.50molCH4和0.80molNO2，测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据见下表：

组别	温度	时间/min	0	10	20	40	50	60
①	T1	n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10	0.10
②	T2	n(CH4)/mol	0.50	0.30	0.18	……	0.15	0.15

回答下列问题：

(1)组别①中，0～10min内NO2的平均降解速率为v(NO2)= ________________。

(2)由实验数据可知实验控制的温度T2_____T1（填“>”或“<”），请简述理由__________。

(3)组别②中，T2温度下40min时n(CH4)=________mol。该反应正反应为_______反应（填“吸热”或“放热”），理由是_____________________________。

(4)温度T1时CO2物质的量随时间的变化如下图，在图中画出温度T2时CO2物质的量随时间的变化曲线________。

(5)汽车尾气中含有CO和NOx等多种有害气体，若在汽车的排气管上安装一种催化转化装置，可使CO与NOx反应，生成两种无毒气体，则该反应的化学方程式为_________。

Answer 1

【答案】0.03mol/(Lmin) > 相同时间内，T2中参与反应的甲烷的物质的量较T1大 0.15 放热 温度越高CH4的转化率越低 2xCO+2NOxN2+2xCO2

【解析】

(1)先计算①中，0～10min内V(CH4)，然后根据速率比等于化学计量数的比计算V(NO2)；

(2)在不同温度下，在相同时间内反应的CH4的多，化学反应速率快，结合温度对化学反应速率的影响分析判断；

(3)组别②中温度比①高，反应速率快，达到平衡所需要的时间短，①在40min时达到平衡，则组别②也达到了平衡，根据平衡温度分析；根据甲烷在T1、T2平衡含量分析温度对平衡移动的影响；

(4)升高温度，反应速率快，达到平衡所需要的时间短；且升高温度平衡逆向移动分析判断；

(5)CO与NOx反应，生成CO2、N2，根据原子守恒、电子守恒书写反应方程式。

(1)①中，0～10min内V(CH4)==0.015mol/(L·min)，根据方程式CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)可知：V(NO2)：V(CH4)=2：1，所以V(NO2)=2 V(CH4)= 0.03mol/(L·min)；

(2)根据表格数据可知：在相同时间内，T2中参与反应的甲烷的物质的量较T1大，说明反应速率T2>T1，由于在其它条件不变时，升高温度，化学反应速率加快，所以温度T2>T1；

(3)组别②中温度比①高，在40min时已经达到平衡，根据表格数据可知n(CH4)=0.15mol；

在温度为T1时CH4的平衡的物质的量为0.10mol；在温度为T2时CH4的平衡的物质的量为0.15mol.由于温度T2>T1，根据平衡移动原理：升高温度，平衡向吸热反应方向移动，逆反应为吸热反应，所以该反应的正反应为放热反应；

(4)升高温度，反应速率快，达到平衡所需要的时间短。由于温度T2>T1，所以在温度为T2时先达到平衡。由于CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的正反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，平衡时CO2的物质的量比温度为T1时少所以温度与CO2的物质的量关系图像为：；

(5)CO与NOx反应，生成CO2、N2，根据原子守恒、电子守恒可得：该反应的化学方程式为2xCO+2NOxN2+2xCO2。