Question

（14分）2013年10月9日，2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)在瑞典揭曉，猶太裔美國(guó)理論化學(xué)家馬丁·卡普拉斯、美國(guó)斯坦福大學(xué)生物物理學(xué)家邁克爾·萊維特和南加州大學(xué)化學(xué)家亞利耶·瓦謝爾因給復(fù)雜化學(xué)體系設(shè)計(jì)了多尺度模型而分享獎(jiǎng)項(xiàng)。三位科學(xué)家的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于廢氣凈化及植物的光合作用的研究中，并可用于優(yōu)化汽車(chē)催化劑、藥物和太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)。

（1）汽車(chē)尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H＜0同一條件下該反應(yīng)正反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1，逆反應(yīng)的表達(dá)式平衡常數(shù)為K2，K1與K2的關(guān)系式為 。

（2）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是 （填代號(hào)）。

（3）在體積為10L的密閉容器中，加入一定量的CO2和H2，在900℃時(shí)發(fā)生吸熱反應(yīng)并記錄前5min各物質(zhì)的濃度，第6min改變了條件。各物質(zhì)的濃度變化如下表；

時(shí)間/min	CO2（mol·L-1）	H2（mol·L-1）	CO（mol·L-1）	H2O（mol·L-1）
0	0.2000	0.3000	0	0
2	0.1740	0.2740	0.0260	0.0260
5	0.0727	0.1727	0.1273	0.1273
6	0.0350	0.1350	0.1650

①前2min，用CO表示的該化學(xué)反應(yīng)的速率為 ；

②第5—6min，平衡移動(dòng)的可能原因是 ；

（4）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

已知：CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ·mol-1

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ·mol-1

H2O(g) ＝ H2O(l) △H ＝ －44.0 kJ·mol-1

寫(xiě)出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的熱化學(xué)方程式： 。

在一定條件下，可以用NH3處理NOx。已知NO與NH3發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O，現(xiàn)有NO和NH3的混合物1mol，充分反應(yīng)后得到的還原產(chǎn)物比氧化產(chǎn)物多1.4 g，則原反應(yīng)混合物中NO的物質(zhì)的量可能是 mol

（6）在一定條件下，也可以用H2處理CO合成甲醇和二甲醚（CH3OCH3）及許多烴類(lèi)物質(zhì)。當(dāng)兩者以物質(zhì)的量1:1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%，合成的物質(zhì)可能是 。

a．汽油 b．甲醇 c．甲醛 d．乙酸

Answer 1

（1）K1·K2=1 （2） bd

（3）①0.0130mol·L-1·min-1 ②升高溫度或減小H2O的濃度

（4）CH4(g)+N2O4 (g) ==N2(g) +2H2O(l ) + CO2(g) △H= —898.1 kJ·mol-1

（5）0.3mol或0.8mol （6）c、d

【解析】

試題分析：（1）2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）△H＜0 ；同一條件下該反應(yīng)正反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1，逆反應(yīng)的表達(dá)式平衡常數(shù)為K2，二者互為倒數(shù)，則K1與K2的關(guān)系式K1=或K1·K2=1；（2）a、到達(dá)平衡后正、逆反應(yīng)速率相等，不再變化，t1時(shí)刻V正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，a錯(cuò)誤；b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)到最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，b正確；c、t1時(shí)刻后CO2、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t1時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，c錯(cuò)誤；d、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t1時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，d正確；答案為bd；（3）①前2min，用CO表示的該化學(xué)反應(yīng)的速率==0.0130 mol·L-1·min-1；②第5-6min，反應(yīng)物濃度減小，生成物CO濃度增大，說(shuō)明平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，平衡移動(dòng)的可能原因是升高溫度，或減少水蒸氣的濃度；（4）①CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ/mol；②2NO2（g）?N2O4（g）△H=-56.9kJ/mol；③H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ/mol；由蓋斯定律計(jì)算①-②+③×2得到CH4催化還原N2O4（g）生成N2和H2O（l）的熱化學(xué)方程式：CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（g）+CO2（g）△H=-898.1kJ/mol；（5）反應(yīng)的方程式為：6NO+4NH3=5N2+6H2O，6molNO被還原得到3molN2，4molNH3被氧化得到2molN2，兩者相差1molN2，現(xiàn)相差1.4g，物質(zhì)的量==0.05mol，相當(dāng)于0.3molNO和0.2molNH3反應(yīng)，依題意NO和NH3的總物質(zhì)的量為1mol，其中必有一種為過(guò)量，所以有兩種情況：0.3molNO和0.7molNH3或0.2molNH3和0.8molNO；（6）原子利用率達(dá)100%，即產(chǎn)物只有一種，故該反應(yīng)為化合反應(yīng)．CO和H2在一定條件下按照1：1催化反應(yīng)，則生成物質(zhì)的化學(xué)式可化為形式（CO）n（H2）n，甲醛（CH2O）可變?yōu)椋–O）1（H2）1，乙酸（C2H4O2）可變?yōu)椋–O）2（H2）2，所以可能是甲醛或乙酸等。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素分析判斷，熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)。