Question

研究化學反應，不僅要關注反應的速率、方向性，還要關注反應進行的限度以及反應過程中的能量變化．
（1）已知298K時：①Cl-Cl→2Cl△H=+akJ?mol^-1；
②2H→H-H△H=-bkJ?mol^-1；
③Cl+H→HCl△H=-ckJ?mol^-1
寫出H₂在Cl₂中燃燒的熱化學方程式

 

．
（2）已知CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，向一個2L的密閉容器中通入0.5molCH₄和一定量的NO₂，分別在130℃和180℃下反應，n（CH₄）隨時間變化如表所示：

	0	1min	2min	4min	5min
130℃	0.50mol	0.35mol	0.25mol	0.10mol	0.10mol
180℃	0.50mol	0.30mol	0.18mol		0.15mol

則：①130℃時，前2min的反應速率v（H₂O）=

 

②180℃時，反應到4min，體系

 

（填“是”或“否”）到達平衡狀態(tài)，理由是

 

．
③在某溫度下，反應過程中c（N₂）隨時間變化如圖所示．在5min時升高溫度，在第8min達到新的平衡時CH₄的轉化率為70%，請在圖中畫出5-9min時c（N₂）的變化曲線．
（3）某低溫脫硝技術可用于處理廢氣中的氮氧化物，其反應的平衡常數表達式為：K=

c2(N2)?c2(H2O)

c2(NH3)?c(NO)?c(NO2)

，且升高反應溫度，K值變小．則：
①該反應的逆反應能否自發(fā)進行

 

（填“能”或“不能”），判斷依據是

 

．
②在180℃時該反應的催化劑活性最高，在不改變溫度的情況下，能提高氮氧化物處理率的措施有

 

．（寫出兩個）

Answer 1

考點：熱化學方程式,焓變和熵變,物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）根據反應熱△H=（斷鍵吸收的熱量-成鍵放出的熱量）KJ/mol來計算；
（2）①根據v=

△C

△t

來進行計算；
②根據溫度對反應速率和平衡的影響來判斷；
③根據升溫，平衡左移，得出c（N₂）的濃度得在0.2mol/L的基礎上下降，根據在第8min達到新的平衡時CH₄的轉化率為70%，得出氮氣的平衡濃度，從而畫出圖象．
（3）①通過平衡常數的表達式寫出反應方程式，通過吉布斯自由能來判斷反應能否自發(fā)進行；
②提高氮氧化物處理率，即使平衡右移，可以通過改變壓強或增大氨氣的濃度來實現．

解答： 解：（1）根據H₂在Cl₂中燃燒的化學方程式：H₂ +Cl₂ =2HCl可知，斷鍵吸收的熱量為（a+b）KJ/mol，成鍵吸收的熱量為2CKJ/mol，故熱化學方程式為：
H₂（g）+Cl₂ （g）=2HCl（g）△H=斷鍵吸收的熱量-成鍵放出的熱量=（a+b-2c）KJ/mol，
故答案為：H₂（g）+Cl₂ （g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）KJ/mol
（2）①根據表中信息可知，△n（CH₄）=0.25mol，根據物質的量的該變量之比等于計量數之比可知，△n（H₂O）=0.5mol，△C（H₂O）=0.25mol/L，即根據可知：
v（H₂O）=

0.25mol/L

2L

=0.125mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.125mol?L^-1?min^-1
②對比實驗1知，4min時該反應已經達到平衡狀態(tài)．因為溫度越高，反應速率越大，反應到達平衡的時間越短，所以40時實驗2已經達平衡狀態(tài)．
故答案為：是；溫度升高，加快f反應速率，對比實驗1，高溫下比低溫下更快達到平衡狀態(tài)．故可確定4min時反應已經達平衡狀態(tài)；
③從反應可知，升溫，平衡左移，得出c（N₂）的濃度得在0.2mol/L的基礎上下降，根據在第8min達到新的平衡時CH₄的轉化率為70%，可知△n（CH₄）=0.35mol，根據物質的量的改變量之比等于計量數之比，可知△n（N₂）=0.35mol，即達平衡時氮氣的濃度為C（N₂）=0.175mol/L，即圖象的起點為0.2mol/L，重點為8min時的0.175mol/L，答案如圖所示：，
故答案為：；
（3）①通過化學平衡常數的表達式K=

c2(N2)?c2(H2O)

c2(NH3)?c(NO)?c(NO2)

可知，化學方程式為：2NH₃ +NO+NO₂ ?2N₂+2H₂O，由于升高反應溫度，K值變小，即正反應△H＜0，故逆反應的△H＞0，△S＜0，則△G=△H-T?△S＞0，故反應非自發(fā)，故答案為：不能，逆反應的△H＞0，△S＜0，則△G=△H-T?△S＞0，故反應非自發(fā)．
②通過對題意的分析，可知在催化劑活性最高，在不改變溫度的情況下提高氮氧化物處理率，即使平衡右移，可以通過減小壓強或增大氨氣的濃度來實現．
故答案為：減小壓強、增大氨氣的濃度．

點評：本題綜合考查了熱化學方程式的書寫、反應速率的求算、平衡的移動和圖象問題，綜合性較強，難度較大．