题目内容

【题目】氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用。

(1)烟气中的氮氧化物(NOx)可与甲烷在一定条件下反应转化为无害成分,从而消除污染。已知

反应

反应热(△H/kJ·mol-1)

平衡常数(K)

CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)

a

K1

N2(g)+O2(g)═2NO(g)

b

K2

则CH4脱硝的热化学方程式为CH4(g) + 4NO (g)CO2(g) + 2N2(g) + 2H2O ΔH=_________kJ/mol(用a、b表示);平衡常数K3=_________(用K1、K2表示)。

(2)用活性炭还原法可以消除NO 的污染,发生的反应为C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。1molNO 和足量的活性炭在T℃、容积恒定为2L的密闭容器中反应,经过5min反应达到平衡,测得NO的物质的量为0.4mol。

①从反应开始到5min,用氮气表示的平均反应速率为_________。达到平衡后,向容器中再通入0.1molNO气体和0.3molCO2气体,则此平衡将_________(填“正向移动”“不移动”或“逆向移动”)。

②能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是_________(填标号)。

a.NO和N2的体积比保持不变

b.单位时间内生成2nmolNO的同时消耗nmolCO2

c.恒温恒容条件下,反应体系的压强不再发生改变

d.恒容条件下,混合气体的平均相对分子质量不变

(3)某实验小组模拟4CO(g)+2NO2(g) 4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1200kJ·mol-1净化过程,一定温度下,在2L的恒容密闭容器中,起始时按照甲、乙两种方式进行投料,经过一段时间后达到平衡状态,测得甲中CO的转化率为50%,则该反应的平衡常数为__________;两种方式达平衡时,N2的体积分数:甲______乙(填“>、=、<或不确定”)

甲

乙

0.2molNO2

0.1molNO2

0.4molCO

0.2molCO

【答案】a﹣2b 0.03mol/(L.min) 逆向移动 d 10 >

【解析】

(1)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式,平衡常数=,依据反应的平衡常数计算分析平衡常数的关系;

(2)①根据NO的物质的量变化计算NO的消耗速率,再由计量数之比等于化学反应速率之比计算N2的生成速率,根据Qc与K的关系判断化学反应的方向;

②反应达到平衡时,v正=v逆,混合气体的平均相对分子质量为m,据此逐项分析;

(3)结合反应,列“三段式”求解平衡常数,温度不变,平衡常数不变,计算乙中氮气的体积分数。

(1) ①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)K1=△H=akJmol1;②N2(g)+O2(g)═2NO(g)K2=△H=bkJmol1;依据盖斯定律计算,①②×2得到CH4脱硝的热化学方程式为CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l)△H=(a2b)kJmol1;K3=;

(2) ①1molNO 和足量的活性炭在TC、容积恒定为2L的密闭容器中反应,经过5min反应达到平衡,测得NO的物质的量为0.4mol,则NO的消耗速率为v(NO)==0.06mol/(Lmin),再由计量数之比等于化学反应速率之比,则N2的生成速率为v(NO)=0.03mol/(Lmin),

所以化学平衡常数K===916;

达到平衡后,向容器中再通入0.1molNO气体和0.3molCO2气体,则Qc==1825>K,所以平衡逆向移动;

②a.NO和N2的体积比取决于反应物的通入量,反应进行的程度,不能通过NO和N2的体积比保持不变判断化学反应达到平衡,故a不符合题意;

b.单位时间内生成2molNO的同时消耗1molCO2,说明化学反应达到平衡,不是nmolCO2,故b不符合题意;

c.恒温恒容条件下,反应体系的压强不再发生改变,反应为气体分子数不变的反应,整个反应过程,体系压强始终不变,不能通过压强说明反应达到平衡,故c不符合题意;

d.混合气体的平均相对分子质量为,反应前后混合气体总物质的量n不变,混合气体总质量m改变,则混合气体的平均相对分子质量改变,当混合气体的平均相对分子质量,一定可以说明化学反应达到平衡,故d符合题意;

故答案为:d;

(3) 已知:4CO(g)+2NO2(g) 4CO2(g)+N2(g) 一定温度下,在2L的恒容密闭容器中,经过一段时间后达到平衡状态,测得甲中CO的转化率为50%,列“三段式”:

则甲中反应的平衡常数为K=10;条件不变的情况下,甲的投料比是乙的两倍,即可认为甲是乙达到平衡后增大压强促使平衡正向移动,N2的体积分数分数增大。

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