Question

【題目】合理利用和轉(zhuǎn)化NO2、SO2、CO、NO等污染性氣體是環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。

(1)用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知：

①；；

②，；

③，；

1 mol CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的反應(yīng)熱為________。

(2)已知的反應(yīng)歷程分兩步：

①（快）；，；

②（慢）；，

一定溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=____（用表示），反應(yīng)①的活化能E1與反應(yīng)②的活化能E2的大小關(guān)系為E1____E2（填“>”“<”或“=”）。

(3)用活性炭還原法處理氮氧化物的有關(guān)反應(yīng)為：。向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫(T℃)時(shí)，各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間的變化如下表：

①T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的計(jì)算式為______。

②在31 min時(shí)，若只改變某一條件使平衡發(fā)生移動(dòng)，40 min、50 min時(shí)各物質(zhì)的濃度如上表所示，則改變的條件是____

③在51 min時(shí)，保持溫度和容器體積不變?cè)俪淙?/span>NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，此時(shí)反應(yīng)v正____v逆（填“>”、“<”或“=”）。

(4)反應(yīng)N2O4(g) 2NO2(g) △H>0，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與各自的分壓（分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）有如下關(guān)系：，其中k1、k2是與溫度有關(guān)的常數(shù)，相應(yīng)的速率與N2O4或NO2的分壓關(guān)系如圖所示。

在T℃時(shí)，圖中M、N點(diǎn)能表示該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，理由是___________ 。改變溫度，v(NO2)會(huì)由M點(diǎn)變?yōu)?/span>A、B或C，v(N2O4)會(huì)由N點(diǎn)變?yōu)?/span>D、E或F，當(dāng)升高到某一溫度時(shí)，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的點(diǎn)分別為_______（填字母）。

Answer 1

【答案】-955.0kJ/mol < 減小二氧化碳濃度 > M點(diǎn)v(NO2)是N點(diǎn)v(N2O4)的2倍，根據(jù)化學(xué)方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判斷出該反應(yīng)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) BF

【解析】

（1）根據(jù)已知的熱化學(xué)方程式和蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

（2）平衡狀態(tài)下，正逆反應(yīng)速率相等，可得，，再列出反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式，從而得出K=；反應(yīng)速率越慢，說明反應(yīng)的活化能越大；

（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，T℃時(shí)，反應(yīng)，20min-30min反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；40min-50min反應(yīng)也處于平衡狀態(tài)；溫度不變，平衡常數(shù)不變，則可分別由兩次平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度列出平衡常數(shù)的計(jì)算式；

②已知反應(yīng)條件為恒溫恒容，依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃�，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，且該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，所以改變的條件應(yīng)為減小二氧化碳濃度，平衡正向移動(dòng)；

③先計(jì)算出該反應(yīng)的平衡常數(shù)，再計(jì)算此時(shí)的濃度商，進(jìn)而判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，從而比較v正、v逆的大小關(guān)系；

（4）當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，滿足v正=v逆，即消耗速率：2v(N2O4)=v(NO2)，由圖可知M點(diǎn)v(NO2)是N點(diǎn)v(N2O4)的2倍，可以判斷出該反應(yīng)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均加快，據(jù)此分析解答。

（1）已知的熱化學(xué)方程式：①；；②，；③，；根據(jù)蓋斯定律(①+②+4×③)×，可得到CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955.0kJ/mol，則1 mol CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的反應(yīng)熱為-955.0kJ/mol；

故答案為：-955.0kJ/mol；

（2）①（快）；，；

②（慢）；，；平衡狀態(tài)下，正逆反應(yīng)速率相等，即，，一定溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式=；反應(yīng)②的反應(yīng)速率慢，說明反應(yīng)的活化能大，則E1<E2；

故答案為：；<；

（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，T℃時(shí)，反應(yīng)，20min-30min反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，各物質(zhì)的平衡濃度為：c(CO2)=c(N2)=0.030mol/L，c(NO)=0.040mol/L；40min-50min反應(yīng)也處于平衡狀態(tài)，各物質(zhì)的平衡濃度為：c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.034mol/L，c(NO)=0.032mol/L；溫度不變，平衡常數(shù)不變，則反應(yīng)的平衡常數(shù)為：；

故答案為：；

②在31min時(shí)，改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.034mol/L，c(NO)=0.032mol/L，已知反應(yīng)條件為恒溫恒容，依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃�，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，且該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，所以改變的條件應(yīng)為減小二氧化碳濃度，平衡正向移動(dòng)；

故答案為：減小二氧化碳的濃度；

③該反應(yīng)的平衡常數(shù)為，在51 min時(shí)，保持溫度和容器體積不變?cè)俪淙?/span>NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則此時(shí)c(CO2)=0.017 mol/L，c(N2)=0.068mol/L，c(NO)=0.064mol/L，，

平衡正向移動(dòng)，則v正>v逆；

故答案為：>；

（4）當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，滿足v正=v逆，即消耗速率：2v(N2O4)=v(NO2)，M點(diǎn)v(NO2)是N點(diǎn)v(N2O4)的2倍，根據(jù)化學(xué)方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判斷出該反應(yīng)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，則在T℃時(shí)，圖中M、N點(diǎn)能表示該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均加快，則反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)，相應(yīng)的點(diǎn)分別為：BF；

故答案為：M點(diǎn)v(NO2)是N點(diǎn)v(N2O4)的2倍，根據(jù)化學(xué)方程式N2O4(g)2NO2(g)，可以判斷出該反應(yīng)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；B、F。