Question

【題目】2018年春節(jié)，京津冀及周邊區(qū)域遭遇“跨年”霧霾，二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物這三項(xiàng)是霧霾主要組成，消除氮氧化物污染是研究方向之一。

（1）用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：

①CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－A kJ·mol-1

②2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋4NO(g) ΔH＝+ B kJ·mol-1

③2H2O(g)＝2H2O(l) ΔH＝－C kJ·mol-1

請寫出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__________________ 。

（2）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g),某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T0C)條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測得各物質(zhì)的濃度如下：

物質(zhì) 濃度(mol/L)時(shí)間(min)	NO	N2	CO2
0	0.0100	0	0
10	0.0058	0.0021	0.0021
20	0.0040	0.0030	0.0030
30	0.0040	0.030	0.0030
40	0.0032	0.0034	0.0017
50	0.0032	0.0034	0.0017

①下列說法能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)標(biāo)志的是_______

A．活性炭的質(zhì)量

B．v 正(N2) = 2v逆 (NO)

C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

D．容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變

E．容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

F．容器內(nèi)CO2的濃度保持不變

②壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp，僅適用于氣相平衡，以分壓表示各成分的濃度，分壓PA=P總 X nA%在T0C時(shí)，平衡總壓為P,該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算式為______________；

③在30 min時(shí)，若只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件是___________；

④在50 min時(shí)保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則化學(xué)平衡_______(填“正向移動(dòng)”、“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)

Answer 1

【答案】 2CH4(g)＋4NO2(g)＝2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－A-B-2C kJ·mol-1 ADEF Kp=（0.03P×0.03P）/(0.04P)2 減小CO2濃度（其它合理答案也得分） 正向移動(dòng)

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律：①-②＋③×2即得到該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。

（2）①A．活性炭是固體，質(zhì)量不在減小時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；B．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比；C.該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過程中壓強(qiáng)始終保持不變；D．反應(yīng)后氣體的質(zhì)量增加，容器的體積不變，混合氣體的密度保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；E．反應(yīng)后氣體的質(zhì)量增加，根據(jù)M=m/V可以判斷混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；F．容器內(nèi)CO2的濃度保持不變，CO2的量保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

②20-30min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)各物質(zhì)的平衡濃度，計(jì)算出各物質(zhì)的物質(zhì)的量的百分含量，再根據(jù)平衡常數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算。

③根據(jù)圖表中數(shù)據(jù)氮?dú)鉂舛仍龃�，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以改變的條件為：減小二氧化碳濃度；

④計(jì)算出在30 min時(shí)，計(jì)算出反應(yīng)的平衡常數(shù)，在溫度不變的條件下，計(jì)算出改變條件的濃度商，進(jìn)行比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。

（1）根據(jù)蓋斯定律可知，①-②＋③×2即得到2CH4(g)＋4NO2(g)＝2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－A-B-2C kJ·mol-1 ；正確答案：2CH4(g)＋4NO2(g)＝2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－A-B-2C kJ·mol-1 。

（2）①A.活性炭是固體反應(yīng)物，消耗時(shí)，質(zhì)量減小，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；B．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，只有滿足2v 正(N2) = 2v逆 (NO)時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，B錯(cuò)誤；C．該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過程中和反應(yīng)平衡時(shí)壓強(qiáng)相同，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，C錯(cuò)誤；混合氣體密度等于質(zhì)量除以體積，反應(yīng)中碳是固體，只要平衡移動(dòng)，氣體質(zhì)量一定發(fā)生變化，又因?yàn)轶w積不變，所以混合氣體的密度保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，D正確；混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于氣體總質(zhì)量除以總物質(zhì)的量，反應(yīng)中碳是固體，只要平衡移動(dòng)，氣體質(zhì)量一定發(fā)生變化，又因?yàn)闅怏w物質(zhì)的量不變，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，E正確；容積不變，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，氣體反應(yīng)物和生成物的濃度一定發(fā)生不再發(fā)生變化，F(xiàn)正確；正確選項(xiàng)ADEF。

②20-30min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)各物質(zhì)的平衡濃度c(N0)=0.004mol/L ,c(N2)=0.003 mol/L , c(CO2)= 0.003 mol/L ；反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，N0的物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004/(0.004+0.003+ 0.003)=0.04；N2的物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003/(0.004+0.003+ 0.003)=0.03；CO2的物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003/(0.004+0.003+ 0.003)=0.03；該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算式為Kp=（0.03P×0.03P）/(0.04P)2；正確答案：（0.03P×0.03P）/(0.04P)2。

③化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；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，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以改變的條件為：減小二氧化碳濃度；正確答案：減小CO2濃度。

④在30 min時(shí)，若只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，各物質(zhì)的平衡濃度為：c(N0)=0.0032mol/L,c(N2)=0.0034mol/L,c(CO2)= 0.0017mol/L；平衡常數(shù)K= c(CO2)×c(N2)/ c2(N0)= 0.0034×0.0017/(0.0032)2=0.56；其它條件不變，再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則c(N0)=0.0064 mol/L，c(N2)=0.0068 mol/L，根據(jù)濃度商QC= c(CO2)×c(N2)/ c2(N0)= 0.0017×0.0068/(0.0064)2=0.28< K=0.56,平衡右移；正確答案：正向移動(dòng)。