题目内容

5．进入冬季北方开始供暖后，雾霾天气愈发严重，各地PM2.5、PM10经常“爆表”．引发雾霾天气的污染物中，最为常见的是机动车尾气中的氮氧化物和燃煤产生的烟气．
Ⅰ、已知反应N2O4（g）?2NO2（g）△H，随温度升高，混合气体的颜色变深．将一定量N2O4气体充入绝热容器一段时间后，研究压缩和拉伸活塞过程中混合气体的气体的透光率（气体颜色越浅，透光率越大）随时间变化情况．下列说法能说明透光率不再发生改变的有ad．
a．气体颜色不再改变        b．△H不再改变
c．v正（N2O4）=2v逆（NO2）    d．N2O4的转化率不再改变
Ⅱ、用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染．右下图，采用NH3作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率（注：脱氮率即氮氧化物转化率），反应原理为：
NO（g）+NO2（g）+2NH3（g）?2N2（g）+3H2O（g）．
（1）该反应的△S＞0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）以下说法正确的是C．
A．第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高
B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
C．催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮
Ⅲ、用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染．
（3）已知：CH4（g）的标准燃烧热为-890kJ/mol，蒸发1mol H2O（l）需要吸收44kJ热量．
CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1114kJ/mol
2NO（g）+O2（g）═2NO2（g）△H=-114kJ/mol
写出CH4催化还原NO2（g）生成N2和H2O（g）的热化学方程式：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-844kJ/mol．
（4）在温度为T1℃和T2℃时，分别将0.5mol CH4和1.2mol NO2充入体积为1L的密闭容器中，测得NO2的物质的量随时间变化数据如下表：

时间/min

温度/℃		010204050
T11.20.90.70.40.4
T21.20.80.56…0.5
①温度为T1℃时，0～20min内，v（CH4）=0.0125mol/（L．s）．
②T1＜T2（填“＞”或“＜”，下空同）；判断理由是升高温度，NO2的物质的量增大，平衡逆向移动，正反应为放热反应．
③T1℃时，反应CH4（g）+2NO2（g）?N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）平衡常数K=6.4．
④温度为T2℃时，达平衡后，再向容器中加入0.5mol CH4和1.2mol NO2，达新平衡时CH4的转化率将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．

分析 Ⅰ．透光率不再发生改变，说明二氧化氮的浓度不变，反应到达平衡；
Ⅱ．（1）熵是用描述混乱程度的，△S就是混乱程度的变化，根据反应前后气体体积变化判断熵变；
（2）A、催化剂只影响反应速率，不会改变转化率；
B、根据反应原理可知，正反应是体积增大的反应，压强影响脱氮率；
C、根据图象数据可知，催化剂①、②发挥增大催化效果的温度分别为250℃和450℃；
Ⅲ．（3）已知：CH4（g）的标准燃烧热为-890kJ/mol，蒸发1mol H2O（l）需要吸收44kJ热量．写出热化学方程式，结合盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（4）①根据v=$\frac{△c}{△t}$ 计算v（NO2），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CH4）；
②由表中数据可知，T2温度反应速率较快，温度越高，反应速率越快，先到达平衡，而升高温度，NO2的物质的量增大，说明平衡逆向移动；
③化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；温度为T1℃时，40min到达平衡，计算平衡时各组分浓度，代入平衡常数表达式计算；
④温度为T2℃时，达平衡后，再向容器中加入0.5mol CH4和1.2mol NO2，等效在原平衡基础上增大压强，平衡逆向移动．

解答 解：Ⅰ．透光率不再发生改变，说明二氧化氮的浓度不变，反应到达平衡，
a．气体颜色不再改变，说明二氧化氮浓度不变，透光率不再发生改变，故a正确；
b．焓变△H与是否到达平衡无关，与物质的聚集状态与化学计量数有关，故b错误；
c．应是2v正（N2O4）=v逆（NO2）时，反应到达平衡，二氧化氮的浓度不变，故c错误；
d．N2O4的转化率不再改变，反应到达平衡，二氧化氮的浓度不变，透光率不再发生改变，故d正确，
故答案为：ad；
Ⅱ．（1）反应前气体的化学计量数为4，反应后计量数之和为5，正反应是混乱度增加的反应，所以△S＞0；故答案为：＞；
（2）A．催化剂不会影响转化率，只影响反应速率，所以第②种催化剂和第①种催化剂对转化率没有影响，故A错误；
B．该反应为体积增大的反应，增大压强，平衡向着逆向移动，所以压强对脱氮率有影响，故B错误；
C．由图象可知，催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮，其催化活性最好，故C正确；
故答案为：C；
Ⅲ．（3）CH4（g）的标准燃烧热为-890kJ/mol，热化学方程式：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890KJ/mol，
蒸发1mol H2O（l）需要吸收44kJ热量，反应的热化学方程式：②H2O（l）=H2O（g）△H=44KJ/mol，
③CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1114kJ/mol
④2NO（g）+O2（g）═2NO2（g）△H=-114kJ/mol
依据盖斯定律计算①+②×2+③-④×2CH4催化还原NO2（g）生成N2和H2O（g）的热化学方程式CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-844kJ/mol，
故答案为：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-844kJ/mol；
（4）①温度为T1℃时，0～20min内v（NO2）=$\frac{\frac{1.2mol-0.7mol}{1L}}{20s}$=0.025mol/（L．s），速率之比等于化学计量数之比，则v（CH4）=$\frac{1}{2}$v（NO2）=0.0125mol/（L．s），
故答案为：0.0125mol/（L．s）；
②由表中数据可知，T2温度反应速率较快，温度越高，反应速率越快，故温度T1＜T2，温度T2先到达平衡，而升高温度，NO2的物质的量增大，说明平衡逆向移动，故正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；升高温度，NO2的物质的量增大，平衡逆向移动，正反应为放热反应；
③温度为T1℃时，40min到达平衡，平衡时二氧化氮物质的量为0.4mol，则：
            CH4（g）+2NO2（g）?N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）
起始量（mol）：0.5    1.2       0       0       0
变化量（mol）：0.4      0.8       0.4     0.4     0.8
平衡量（mol）：0.1     0.4        0.4     0.4     0.8
容器的体积为1L，则平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4×0．{8}^{2}}{0.1×0．{4}^{2}}$=6.4，
故答案为：6.4；
④温度为T2℃时，达平衡后，再向容器中加入0.5mol CH4和1.2mol NO2，等效在原平衡基础上增大压强，平衡逆向移动，达新平衡时CH4的转化率将减小，
故答案为：减小．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、平衡状态判断等，侧重考查学生分析计算能力，难度中等．

练习册系列答案
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17．下列实验操作、现象和结论均正确的是（　　）
选项实验操作现象结论
A分别加热Na2CO3和NaHCO3固体试管内壁均有水珠两种物质均受热分解
B向某溶液中滴加氯水后再加入KSCN溶液溶液呈红色溶液中一定含有Fe2+
C向含I-的无色溶液中滴加少量新制氯水，再滴加淀粉溶液加入淀粉后溶液变成蓝色氧化性：Cl2＞I2
D加热盛有NH4Cl固体的试管试管底部固体消失，试管口有晶体凝结．NH4Cl固体可以升华
A．AB．BC．CD．D
14．按要求填空：
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