Question

12．（1）现有可逆反应.2NO₂（g）═N₂O₄（g），△H＜0，试根据图象判断t₂、t₃、t₄时刻采取的措施．

t₂：增大生成物N₂O₄的浓度；t₃：降低压强；t₄：加入催化剂．
在80℃时，将0.4mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中，隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如表数据：

时间（s） C（mol/L）	0	20	40	60	80	100
C（N2O4）	0.20	a	0.10	c	d	e
C（NO2）	0.00	0.12	b	0.22	0.22	0.22

（2）40s时，NO₂的产率是50%．
（3）20s时，N₂O₄的浓度为0.14mol/L，0～20s内N₂O₄的平均反应速率为0.003mol/（L．s）．
（4）在80℃时该反应的平衡常数K值为0.54（保留2位小数）．
（5）在其他条件相同时，该反应的K值越大，表明建立平衡时ABD．
A、N₂O₄的转化率越高                B、NO₂的产量越大
C、N₂O₄与NO₂的浓度之比越大         D、正反应进行的程度越大
（6）利用甲烷催化还原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）t₂时正反应速率瞬间不变，逆反应速率增大，然后逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，直至重新达到平衡，说明t₂时加入了加入N₂O₄；
t₃时正逆反应速率瞬间同时减小，且逆反应速率减小的幅度小于正反应速率，即v（正）＜v（逆），平衡向着逆向移动，正反应为气体体积减小的放热反应，应是降低温度；
t₄时刻正逆反应速率同时增大，且相等，改变的条件不影响化学平衡，则说明使用了催化剂；
（2）40s时转化的N₂O₄为0.2mol/L-0.1mol/L=0.1mol/L，NO₂的产率等于N₂O₄的转化率；
（3）20s时，NO₂浓度为0.12mol/L，则△c（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$×0.12mol/L=0.06mol/L，20sN₂O₄的浓度=N₂O₄的起始浓度-△c（N₂O₄），根据v=$\frac{△c}{△t}$计算0～20s内N₂O₄的平均反应速率；
（4）平衡时NO₂浓度为0.22mol/L，则c（N₂O₄）=0.2mol/L-$\frac{1}{2}$×0.22mol/L=0.09mol/L，再根据K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$计算平衡常数；
（5）K值越大，说明正反应进行的程度越大；
（6）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
根据盖斯定律，（①+②）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）．

解答 解：（1）t₂时正反应速率瞬间不变，逆反应速率增大，然后逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，直至重新达到平衡，说明t₂时加入了加入N₂O₄；
t₃时正逆反应速率瞬间同时减小，且逆反应速率减小的幅度小于正反应速率，即v（正）＜v（逆），平衡向着逆向移动，正反应为气体体积减小的放热反应，应是降低温度；
t₄时刻正逆反应速率同时增大，且相等，改变的条件不影响化学平衡，则说明使用了催化剂，
故答案为：增大生成物N₂O₄的浓度；降低压强；加入催化剂；
（2）40s时转化的N₂O₄为0.2mol/L-0.1mol/L=0.1mol/L，NO₂的产率等于N₂O₄的转化率，则NO₂的产率为$\frac{0.1mol/L}{0.2mol/L}$×100%=50%，
故答案为：50%；
（3）20s时，NO₂浓度为0.12mol/L，则△c（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$×0.12mol/L=0.06mol/L，20sN₂O₄的浓度=0.2mol/L-0.06mol/L=0.14mol/L，0～20s内N₂O₄的平均反应速率为$\frac{0.06mol/L}{20s}$=0.003mol/（L．s），
故答案为：0.14；0.003mol/（L．s）；
（4）平衡时NO₂浓度为0.22mol/L，则c（N₂O₄）=0.2mol/L-$\frac{1}{2}$×0.22mol/L=0.09mol/L，则平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.2{2}^{2}}{0.09}$=0.54，
故答案为：0.54；
（5）K值越大，说明正反应进行的程度越大，则N₂O₄的转化率越高、NO₂的产量越大，N₂O₄与NO₂的浓度之比越小，
故选：ABD；
（6）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
根据盖斯定律，（①+②）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867 kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、反应速率与平衡常数、盖斯定律应用等，侧重考查学生读图提取信息能力与知识迁移运用能力，难度中等．