Question

甲烷是一种重要的基础化工原料，不仅可制备多种重要有机产品，还可用于环境保护．请回答下列问题：（1）用甲烷催化还原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染．已知：



反应过程（2）是______反应（填“放热”或“吸热”），甲烷还原NO₂生成H₂O（g）、N₂和CO₂时的热化学方程式是______．
（2）工厂利用甲烷与氯气的反应原理制取氯甲烷，为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl₄，以减少其对臭氧层的破坏．化学家研究在催化条件下，通过下列反应：
CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），使CCl₄转化为重要的化工原料氯仿（CHCl₃）（不考虑副反应）．
在固定容积为2L的密闭容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据：

实验 序号	温度℃	初始n（CCl4） （mol）	初始n（H2） （mol）	平衡时n（CHCl3） （mol）
1	110	0.8	1.2
2	110	2	2	1
3	100	1	1	0.6

①此反应在110℃时平衡常数为______． ②实验l中，CCl₄的转化率为______．
③判断该反应的正反应是______（填“放热”或“吸热”），理由是______．
④为提高实验3中CCl₄的转化率，可采取的措施是______．
a．使用高效催化剂              b．向容器中再投入1mol CCl₄和1mol H₂
c．温度升高到200℃d．向容器中再投入1mol HCl       e．向容器中再投入1mol H₂．

Answer 1

（1）反应物总能量小于生成物总能量，所以反应吸热，故答案为：吸热；
反应过程（1）的热化学方程式：CH₄（g）+4NO₂（g）=CO₂（g）+4NO（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol  ①，
反应过程（2）的热化学方程式：CH₄（g）+4NO（g）=CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol  ②，
 ①+②得：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2CO₂（g）+2N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol，
故答案为：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2CO₂（g）+2N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；
（2）①CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），
起始（mol/L ）     1         1        0         0
反应（mol/L ）    0.5        0.5      0.5         0.5
平衡（mol/L）     0.5         0.5     0.5         0.5
则平衡常数为

0.5 ×0.5

0.5×0.5

=1，故答案为：1；       
②CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），
起始（mol/L ）  0.4        0.6         0         0
反应（mol/L ）   a          a          a         a
平衡（mol/L） 0.4-a       0.6-a        a         a
则平衡常数为

a ×a

(0.4-a)(0.6-a )

=1，所以a=0.24，则CCl₄的转化率为

0.24

0.4

×100%=60%，故答案为：60%；     
③CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），
起始（mol/L ）  0.5       0.5         0         0
反应（mol/L ）  0.3       0.3         0.3       0.3
平衡（mol/L）   0.2       0.2         0.3       0.3
则平衡常数为

0.3× 0.3

0.2×0.2

=2.25，
因温度升高，平衡常数减小，说明化学平衡逆向移动；所以正反应放热，
故答案为：放热；温度为100℃时，K=2.25，大于110℃时的平衡常数，所以该反应为放热反应；
④a．使用高效催化剂，平衡不移动，CCl₄的转化率不变，故a错误；
b．向容器中再投入1mol CCl₄和1molH₂，根据等效平衡，化学平衡不移动，CCl₄的转化率不变，故b错误；
c．温度升高到200℃，平衡逆向移动，CCl₄的转化率减小，故c错误；
d．向容器中再投入1molHCl，平衡逆向移动，CCl₄的转化率减小，故d错误；
e．向容器中再投入1molH₂，平衡正向移动，CCl₄的转化率增大，故e错误；
故选：e．