Question

5．進(jìn)入冬季北方開始供暖后，霧霾天氣愈發(fā)嚴(yán)重，各地PM2.5、PM10經(jīng)�！氨�表”．引發(fā)霧霾天氣的污染物中，最為常見的是機(jī)動(dòng)車尾氣中的氮氧化物和燃煤產(chǎn)生的煙氣．
Ⅰ、已知反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深．將一定量N₂O₄氣體充入絕熱容器一段時(shí)間后，研究壓縮和拉伸活塞過程中混合氣體的氣體的透光率（氣體顏色越淺，透光率越大）隨時(shí)間變化情況．下列說法能說明透光率不再發(fā)生改變的有ad．
a．氣體顏色不再改變        b．△H不再改變
c．v_正（N₂O₄）=2v_逆（NO₂）    d．N₂O₄的轉(zhuǎn)化率不再改變
Ⅱ、用NH₃催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染．右下圖，采用NH₃作還原劑，煙氣以一定的流速通過兩種不同催化劑，測(cè)量逸出氣體中氮氧化物含量，從而確定煙氣脫氮率（注：脫氮率即氮氧化物轉(zhuǎn)化率），反應(yīng)原理為：
NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）．
（1）該反應(yīng)的△S＞0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）以下說法正確的是C．
A．第②種催化劑比第①種催化劑脫氮率高
B．相同條件下，改變壓強(qiáng)對(duì)脫氮率沒有影響
C．催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮
Ⅲ、用CH₄催化還原NO_x也可以消除氮氧化物的污染．
（3）已知：CH₄（g）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-890kJ/mol，蒸發(fā)1mol H₂O（l）需要吸收44kJ熱量．
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1114kJ/mol
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-114kJ/mol
寫出CH₄催化還原NO₂（g）生成N₂和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-844kJ/mol．
（4）在溫度為T₁℃和T₂℃時(shí)，分別將0.5mol CH₄和1.2mol NO₂充入體積為1L的密閉容器中，測(cè)得NO₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)如下表：

時(shí)間/min 溫度/℃	0	10	20	40	50
T1	1.2	0.9	0.7	0.4	0.4
T2	1.2	0.8	0.56	…	0.5

①溫度為T₁℃時(shí)，0～20min內(nèi)，v（CH₄）=0.0125mol/（L．s）．
②T₁＜T₂（填“＞”或“＜”，下空同）；判斷理由是升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
③T₁℃時(shí)，反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）平衡常數(shù)K=6.4．
④溫度為T₂℃時(shí)，達(dá)平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，達(dá)新平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率將減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）．

Answer 1

分析 Ⅰ．透光率不再發(fā)生改變，說明二氧化氮的濃度不變，反應(yīng)到達(dá)平衡；
Ⅱ．（1）熵是用描述混亂程度的，△S就是混亂程度的變化，根據(jù)反應(yīng)前后氣體體積變化判斷熵變；
（2）A、催化劑只影響反應(yīng)速率，不會(huì)改變轉(zhuǎn)化率；
B、根據(jù)反應(yīng)原理可知，正反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)影響脫氮率；
C、根據(jù)圖象數(shù)據(jù)可知，催化劑①、②發(fā)揮增大催化效果的溫度分別為250℃和450℃；
Ⅲ．（3）已知：CH₄（g）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-890kJ/mol，蒸發(fā)1mol H₂O（l）需要吸收44kJ熱量．寫出熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（4）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$ 計(jì)算v（NO₂），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CH₄）；
②由表中數(shù)據(jù)可知，T₂溫度反應(yīng)速率較快，溫度越高，反應(yīng)速率越快，先到達(dá)平衡，而升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動(dòng)；
③化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；溫度為T₁℃時(shí)，40min到達(dá)平衡，計(jì)算平衡時(shí)各組分濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
④溫度為T₂℃時(shí)，達(dá)平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，等效在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)．

解答 解：Ⅰ．透光率不再發(fā)生改變，說明二氧化氮的濃度不變，反應(yīng)到達(dá)平衡，
a．氣體顏色不再改變，說明二氧化氮濃度不變，透光率不再發(fā)生改變，故a正確；
b．焓變△H與是否到達(dá)平衡無關(guān)，與物質(zhì)的聚集狀態(tài)與化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)，故b錯(cuò)誤；
c．應(yīng)是2v_正（N₂O₄）=v_逆（NO₂）時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡，二氧化氮的濃度不變，故c錯(cuò)誤；
d．N₂O₄的轉(zhuǎn)化率不再改變，反應(yīng)到達(dá)平衡，二氧化氮的濃度不變，透光率不再發(fā)生改變，故d正確，
故答案為：ad；
Ⅱ．（1）反應(yīng)前氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)為4，反應(yīng)后計(jì)量數(shù)之和為5，正反應(yīng)是混亂度增加的反應(yīng)，所以△S＞0；故答案為：＞；
（2）A．催化劑不會(huì)影響轉(zhuǎn)化率，只影響反應(yīng)速率，所以第②種催化劑和第①種催化劑對(duì)轉(zhuǎn)化率沒有影響，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向著逆向移動(dòng)，所以壓強(qiáng)對(duì)脫氮率有影響，故B錯(cuò)誤；
C．由圖象可知，催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮，其催化活性最好，故C正確；
故答案為：C；
Ⅲ．（3）CH₄（g）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-890kJ/mol，熱化學(xué)方程式：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890KJ/mol，
蒸發(fā)1mol H₂O（l）需要吸收44kJ熱量，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：②H₂O（l）=H₂O（g）△H=44KJ/mol，
③CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1114kJ/mol
④2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-114kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①+②×2+③-④×2CH₄催化還原NO₂（g）生成N₂和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-844kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-844kJ/mol；
（4）①溫度為T₁℃時(shí)，0～20min內(nèi)v（NO₂）=$\frac{\frac{1.2mol-0.7mol}{1L}}{20s}$=0.025mol/（L．s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（CH₄）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=0.0125mol/（L．s），
故答案為：0.0125mol/（L．s）；
②由表中數(shù)據(jù)可知，T₂溫度反應(yīng)速率較快，溫度越高，反應(yīng)速率越快，故溫度T₁＜T₂，溫度T₂先到達(dá)平衡，而升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③溫度為T₁℃時(shí)，40min到達(dá)平衡，平衡時(shí)二氧化氮物質(zhì)的量為0.4mol，則：
            CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
起始量（mol）：0.5    1.2       0       0       0
變化量（mol）：0.4      0.8       0.4     0.4     0.8
平衡量（mol）：0.1     0.4        0.4     0.4     0.8
容器的體積為1L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4×0．{8}^{2}}{0.1×0．{4}^{2}}$=6.4，
故答案為：6.4；
④溫度為T₂℃時(shí)，達(dá)平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，等效在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，達(dá)新平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率將減小，
故答案為：減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，難度中等．