Question

（14分）2013年10月9日，2013年诺贝尔化学奖在瑞典揭晓，犹太裔美国理论化学家马丁·卡普拉斯、美国斯坦福大学生物物理学家迈克尔·莱维特和南加州大学化学家亚利耶·瓦谢尔因给复杂化学体系设计了多尺度模型而分享奖项。三位科学家的研究成果已经应用于废气净化及植物的光合作用的研究中，并可用于优化汽车催化剂、药物和太阳能电池的设计。

（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H＜0同一条件下该反应正反应的平衡常数为K1，逆反应的表达式平衡常数为K2，K1与K2的关系式为 。

（2）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是 （填代号）。

（3）在体积为10L的密闭容器中，加入一定量的CO2和H2，在900℃时发生吸热反应并记录前5min各物质的浓度，第6min改变了条件。各物质的浓度变化如下表；

时间/min	CO2（mol·L-1）	H2（mol·L-1）	CO（mol·L-1）	H2O（mol·L-1）
0	0.2000	0.3000	0	0
2	0.1740	0.2740	0.0260	0.0260
5	0.0727	0.1727	0.1273	0.1273
6	0.0350	0.1350	0.1650

①前2min，用CO表示的该化学反应的速率为 ；

②第5—6min，平衡移动的可能原因是 ；

（4）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。

已知：CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ·mol-1

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ·mol-1

H2O(g) ＝ H2O(l) △H ＝ －44.0 kJ·mol-1

写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式： 。

在一定条件下，可以用NH3处理NOx。已知NO与NH3发生反应生成N2和H2O，现有NO和NH3的混合物1mol，充分反应后得到的还原产物比氧化产物多1.4 g，则原反应混合物中NO的物质的量可能是 mol

（6）在一定条件下，也可以用H2处理CO合成甲醇和二甲醚（CH3OCH3）及许多烃类物质。当两者以物质的量1:1催化反应，其原子利用率达100%，合成的物质可能是 。

a．汽油 b．甲醇 c．甲醛 d．乙酸

Answer 1

（1）K1·K2=1 （2） bd

（3）①0.0130mol·L-1·min-1 ②升高温度或减小H2O的浓度

（4）CH4(g)+N2O4 (g) ==N2(g) +2H2O(l ) + CO2(g) △H= —898.1 kJ·mol-1

（5）0.3mol或0.8mol （6）c、d

【解析】

试题分析：（1）2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）△H＜0 ；同一条件下该反应正反应的平衡常数为K1，逆反应的表达式平衡常数为K2，二者互为倒数，则K1与K2的关系式K1=或K1·K2=1；（2）a、到达平衡后正、逆反应速率相等，不再变化，t1时刻V正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，a错误；b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达到最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，b正确；c、t1时刻后CO2、NO的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，c错误；d、NO的质量分数为定值，t1时刻处于平衡状态，d正确；答案为bd；（3）①前2min，用CO表示的该化学反应的速率==0.0130 mol·L-1·min-1；②第5-6min，反应物浓度减小，生成物CO浓度增大，说明平衡正向进行，反应是吸热反应，平衡移动的可能原因是升高温度，或减少水蒸气的浓度；（4）①CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ/mol；②2NO2（g）?N2O4（g）△H=-56.9kJ/mol；③H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ/mol；由盖斯定律计算①-②+③×2得到CH4催化还原N2O4（g）生成N2和H2O（l）的热化学方程式：CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（g）+CO2（g）△H=-898.1kJ/mol；（5）反应的方程式为：6NO+4NH3=5N2+6H2O，6molNO被还原得到3molN2，4molNH3被氧化得到2molN2，两者相差1molN2，现相差1.4g，物质的量==0.05mol，相当于0.3molNO和0.2molNH3反应，依题意NO和NH3的总物质的量为1mol，其中必有一种为过量，所以有两种情况：0.3molNO和0.7molNH3或0.2molNH3和0.8molNO；（6）原子利用率达100%，即产物只有一种，故该反应为化合反应．CO和H2在一定条件下按照1：1催化反应，则生成物质的化学式可化为形式（CO）n（H2）n，甲醛（CH2O）可变为（CO）1（H2）1，乙酸（C2H4O2）可变为（CO）2（H2）2，所以可能是甲醛或乙酸等。

考点：考查化学反应速率、化学平衡影响因素分析判断，热化学方程式书写。