Question

氮及其化合物与人类各方面有着密切的联系。Ⅰ现有一支15mL的试管，充满NO倒置于水槽中，向试管中缓缓通入一定量氧气，当试管内液面稳定时，剩余气体3mL。则通入氧气的体积可能为                mL。
Ⅱ目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄(g)+4NO₂(g)= 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H="-574kJ/mol"
②CH₄(g)+4NO(g)= 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H="-1160kJ/mol"
③H₂O(g)= H₂O(l)                     △H=-44kJ/mol
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）用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为：
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（T⁰C)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是_______ ；（选填字母代号）
A．容器内CO₂的浓度保持不变
B．v_正(N₂)="2" v_正(NO)
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量保持不变
②前20分钟，平均反应速率v(NO)=                      。v(NO)=（0．1- 0．04）/ 20 = 0．003mol·L^-1· min^-1
③在T⁰C时，该反应的平衡常数为_______(保留两位小数)；
④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,其反应为：

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。为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中。

实验编号	T(0C)	NO初始浓度 （mol/L）	CO初始浓度 （mol/L）	催化剂的比 表面积(m2/g)
Ⅰ	280	1．20×10-3	5．80×10-3	82
Ⅱ	a	b	c	124
Ⅲ	350	d	e	124

 
上表中：a=_______,b=________,e=________ 。

Answer 1

Ⅰ：9ml或14.25ml
Ⅱ：（1） CH₄(g)+2NO₂(g)= N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(l)  △H="-955" kJ/mol
（2）①BC ②0.003mol·L^-1· min^-1 ③0.56 ④减小CO₂ 的浓度
（3）a=280℃  b= 1.20×10^-3  e=5.80×10^-3

试题分析：(Ⅰ)往充满NO的试管中充入氧气并倒扣在水槽，发生的反应是4NO + 3O₂ +2H₂O = 4HNO₃，最终剩余的气体可能是NO或O2；所以设氧气体积总共为X，
则①剩余氧气3ml时，4NO + 3O₂ +2H₂O = 4HNO₃      ②剩余NO 3ml时，4NO + 3O₂ +2H₂O = 4HNO₃ 
4：   3                         4 ：3     
15ml    X                                   15ml   X
X="15×3/4" + 3 =14．25ml                          X=(15－3)×3/4  =9ml
(Ⅱ) （1） 据已知方程式可知目标方程式可以由方程式（①＋②+③×4）÷2 得
CH₄(g)+2NO₂(g)= N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(l)，而△H=（△H₁+△H₂+4×△H₃）÷2=" -955" kJ/mol
（2）在反应C(s)+2NO(g)= N₂(g)+CO₂(g)中，要判断是否达到平衡，要找变量，变量不变则达到平衡。容器内CO₂的浓度是变量，保持不变时说明达到平衡，A正确；v_正(N₂)="2" v_正(NO)表示的都是正反应的速率关系，不能说明正逆反应速率相等，所以不能判断平衡，B错误；反应方程式的前后系数相等，所以容器内压强随着反应保持不变，所以不能判断平衡，C错误；密闭容器是恒容，容器内总质量不变，但由于有固体参加，混合气体的质量是个变量，据ρ＝m_气/V知，当气体质量不变时，混合气体的密度保持不变，此时反应达到平衡，D正确； 同样混合气体的质量是个变量，据M=m_气/n_气 知，M也是个变量，当M保持不变时达到平衡，E正确。故选BC。
（3）v(NO)=（0．1- 0．04）mol·L^-1/ 20min = 0．003mol·L^-1· min^-1
据表格数据可知，当反应达到20min时，各物质浓度不再变化反应达到第一次平衡，平衡常数
K=C(N₂)·C(CO₂)/ C²(NO)=0．03²/0．04² =0．56 ；反应在40min时，各物质浓度发生变化，且C(CO₂)浓度减小最多，平衡往正反应方向移动，所以改变的条件是减小CO₂ 的浓度。
（4）实验要验证的是温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，所以对比试验要控制变量，所以a=280℃  b= 1．20×10^-3  e=5．80×10^-3 。