Question

2013年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区．其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一．
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO （g）

催化剂

 2CO₂ （g）+N₂ （g）在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线，如右图所示．据此判断：
①该反应的平衡常数表达式为

 

．
②该反应的△H

 

0（选填“＞”、“＜”）．
③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在右图中画出c（CO₂）在T₂、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（2）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NO_x可以消除氮氧化物的污染．
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的热化学方程式

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算

专题：

分析：（1）①化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，根据平衡常数的概念并结合反应方程式反应的平衡常数表达式；
②根据到达平衡的时间判断温度高低，根据平衡时二氧化碳的浓度判断温度对平衡的影响，进而判断△H；
③接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式．

解答： 解：（1）①2NO（g）+2CO （g）

催化剂

 2CO₂ （g）+N₂ （g）的平衡常数表达式为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，即：K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

，
故答案为：K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；
②由图示可知，温度T₁先到达平衡，故温度T₁＞T₂，温度越高平衡时，二氧化碳的浓度越低，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即：△H＜0，
故答案为：＜；
③接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同，故c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为，故答案为：；
（2）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
根据盖斯定律，①-②得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）=-810.1kJ/mol，
即：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol．

点评：本题考查了物质的量浓度随时间变化的曲线、热化学方程式的书写，题目难度中等，注意掌握影响化学平衡的因素，明确盖斯定律的概念及应用方法，试题培养了学生灵活应用基础知识的能力．