Question

9．CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ•mol^-1．该反应可用于消除氮氧化物的污染．在130℃和180℃时，分别将0.50molCH₄和a molNO₂充入1L的密闭容器中发生反应，测得有关数据如下表：

实验编号	温度		0	10	20	40	50
1	130℃	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

（1）开展实验1和实验2的目的是研究温度对该化学平衡的影响．
（2）180℃时，反应到40min，体系是（填“是”或“否”）达到平衡状态，理由是温度升高，反应加快，对比实验1，高温下比低温下更快达到平衡状态．可确定40min时反应已经达平衡状态；CH₄的平衡转化率为70%．
（3）已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4，试计算a的值．（写出计算过程）
（4）一定条件下，反应时间t与转化率μ（NO₂）的关系如图所示，请在图象中画出180℃时，压强为P₂（设压强P₂＞P₁）的变化曲线，并做必要的标注．

Answer 1

分析 （1）根据实验1、2的不同点确定实验目的；
（2）根据温度对反应速率的影响判断，转化率=反应的甲烷的量与总的甲烷的量的比；
（3）根据平衡常数定义可知，平衡常数等于生成物浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积，据此计算a；
（4）根据温度、压强对反应速率、到达平衡的时间、二氧化氮的转化率的影响分析．

解答 解：（1）实验中只有温度不同，所以实验目的是：研究温度对该化学平衡的影响，故答案为：研究温度对该化学平衡的影响；
（2）对比实验1知，40时该反应已经达到平衡状态，温度越高，反应速率越大，反应到达平衡的时间越短，所以40时实验2已经达到平衡状态，甲烷的转化率=$\frac{（0.5-0.15）mol}{0.5mol}$=70%，
故答案为：是；温度升高，反应加快，对比实验1，高温下比低温下更快达到平衡状态．可确定40min时反应已经达平衡状态；70%；
（3）设二氧化氮的物质的量为a，
            CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
C₀（mol/L）：0.5       a        0       0          0
△C（mol/L）：0.40     0.80     0.40    0.40        0.80
C_平（mol/L）：0.10     a-0.80   0.40    0.40        0.80         
则：$\frac{0.40×0.40×（0.80）{\;}^{2}}{0.10×（a-0.80）}$，a=1.2
答：a的值为1.2；                                                       
（4）相同温度下，压强越大反应速率越大，反应到达平衡的时间越短，但二氧化氮的转化率越小，相同压强下，温度越高反应速率越大，反应到达平衡的时间越短，二氧化氮的转化率越小，所以其图象为，
答：图象为．

点评 本题考查化学平衡的判断、外界条件对反应速率及化学平衡的影响、盖斯定律等知识点，根据方程式的特点判断平衡移动方向，难度不大．