Question

【題目】碳、氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要的作用。請回答下列問題：

（1）用CH4 催化還原NOx 可以消除氮氧化物的污染。例如：

①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)＋CO2(g)+2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·molˉ1

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) ΔH2

同一條件下，若2molCH4 還原NO2 至N2，生成氣態(tài)水和二氧化碳。整個過程中放出的熱量為1734kJ，則ΔH2＝__________；

（2）據(jù)報道，科學(xué)家在一定條件下利用Fe2O3與甲烷反應(yīng)可制取“納米級”的金屬鐵。其反應(yīng)為：Fe2O3(s)+3CH4(g)2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g) ΔH>0。

①若反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，1min后達(dá)到平衡，測得Fe2O3在反應(yīng)中質(zhì)量減少3.2g。則該段時間內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為_______。

②若該反應(yīng)在恒溫恒壓容器中進(jìn)行，能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____（填序號）。

A．CH4的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率

B．混合氣體的密度保持不變

C．速率：2v（CO）=v（H2）

D．固體的總質(zhì)量保持不變

③該反應(yīng)達(dá)到平衡時某物理量隨溫度變化如圖所示，當(dāng)壓強(qiáng)由P1升高到P2時，平衡常數(shù)KA___KB（填“>”、“<”或“=”）�？v坐標(biāo)可以表示的物理量有哪些______。(填序號)

A．H2的逆反應(yīng)速率

B．CH4的的轉(zhuǎn)化率

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量

D．CO的體積分?jǐn)?shù)

（3）甲酸是易溶于水的一元弱酸。

①常溫下，將1L 0.1mol/L HCOOH溶液與1L0.1mol/LNaOH溶液混合后，下列關(guān)系不正確的是____（填序號）。

a.c(H+)水·c(OH-)水=1×10-14 b.2c(H+)+c(HCOOH)=2c(OH-)+c(HCOO-)

c.c(Na+)=c(HCOOH)+c(HCOO-) d.c(HCOO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)

②向1L 0.1mol/L HCOONa溶液中加水稀釋后，c(HCOOH)/c(HCOO-)的數(shù)值______（填“增大”“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】 -1160kJ·mol-1 0.012 mol/（L·min） bd = ac ac 增大

【解析】（1）將兩個熱化學(xué)方程式疊加，可得總反應(yīng)方程式：2CH4(g) + 4NO2(g) = 2N2(g)＋2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH＝ΔH1+ΔH2=－1734 kJ/mol，－574 kJ/mol+ΔH2=－1734 kJ/mol，解得ΔH2=－1160kJ/mol。（2）①Δn(Fe2O3)= 3.2g÷160g/mol=0.02mol，則根據(jù)反應(yīng)方程式中物質(zhì)反應(yīng)的關(guān)系可知Δn(CO)= 3Δn(Fe2O3)=0.06mol，用CO表示的化學(xué)反應(yīng)速率是V(CO)= 0.06mol÷5L÷1min=0.012mol/(L·min)。②a.根據(jù)碳元素守恒可知：在任何時刻都存在CH4的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率，因此不能據(jù)此判斷反映是否處于平衡狀態(tài)，錯誤；b．由于Fe、Fe2O3都是固體物質(zhì)，若反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，則氣體的質(zhì)量就會發(fā)生改變，混合氣體的密度也會發(fā)生改變，因此可以利用混合氣體密度不變來判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，正確；c．由于H2、CO都是生成物，任何時刻二者的速率比都等于方程式的計量數(shù)的比。故不能根據(jù)v（CO）與v（H2）的比值不變判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，錯誤；d．若反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，則固體的質(zhì)量就會發(fā)生改變，因此可以根據(jù)固體的總質(zhì)量不變來判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，正確。答案選bd。③平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，當(dāng)壓強(qiáng)由P1升高到P2時，平衡常數(shù)KA＝KB。a.增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，因此可能表示H2的逆反應(yīng)速率，a正確；b.正反應(yīng)體積增大，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，甲烷的降低，b錯誤；c. 正反應(yīng)體積增大，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，c正確；d. 正反應(yīng)體積增大，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的體積分?jǐn)?shù)減小，d錯誤，答案選ac；（3）①常溫下，將1L 0.1mol/L HCOOH溶液與1L0.1mol/LNaOH溶液混合后得到甲酸鈉溶液，則a.溫度不變，水的離子積常數(shù)不變，即c(H+)水·c(OH-)水=1×10-14，a正確；b.根據(jù)質(zhì)子守恒c(H+)+c(HCOOH)=c(OH-)，b錯誤；c.根據(jù)物料守恒可知c(Na+)=c(HCOOH)+c(HCOO-)，c正確；d.甲酸鈉水解，溶液顯堿性，則c(Na+)>c(HCOO-)> c(OH-)>c(H+)，d錯誤，答案選ac；②向1L 0.1mol/L HCOONa溶液中加水稀釋后常見水解，c(HCOOH)/c(HCOO-)的數(shù)值增大。