Question

【題目】2014年10月初，霧霾天氣多次肆虐河北、天津、北京等地區(qū)。其中，燃煤和汽車(chē)尾氣是造成空氣污染的原因之一。

（1）汽車(chē)尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO(g) 2CO2(g)+ N2(g)。△H＜0

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式_______________________________________。

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)）。

（2）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

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ/mol

H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol

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

（3）在一定條件下，也可以用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_____________。

（4）以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法。則2 molCH4與足量H2O（g）反應(yīng)最多可生成_______mol H2，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________________。

（5）上述方法制得的H2可以和CO在一定條件下合成甲醇和二甲醚（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

【答案】 K＝ bd CH4(g)+N2O4(g)＝N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H＝—898.1kJ/mol 0.3mol或0.8mol 8 mol CH4（g）+2 H2O（g）＝ CO2（g）+4H2（g） c

【解析】試題分析：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，因此根據(jù)反應(yīng)式2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝。

②a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，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，故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)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故b正確；c、t1時(shí)刻后二氧化碳、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)，故c錯(cuò)誤；d、隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減小。t1時(shí)刻NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，不再發(fā)生變化，說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故d正確，答案選bd。

（2）根據(jù)反應(yīng)①CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol、

②2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ/mol、③H2O(g) ＝ H2O(l) △H ＝ －44.0 kJ／mol并依據(jù)蓋斯定律可知，①－②＋③×2即得到反應(yīng)CH4(g)+N2O4(g)＝N2(g) +2H2O(g) + CO2(l) ，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝－867 kJ/mol＋56.9 kJ/mol－44.0 kJ／mol×2＝—898.1kJ/mol。

（3）氨氣與NO反應(yīng)的化學(xué)方程式為6NO＋4NH3=5N2＋6H2O，其中氨氣是還原劑，NO是氧化劑，則氮?dú)饧仁茄趸�產(chǎn)物，也是還原產(chǎn)物，還原產(chǎn)物比氧化產(chǎn)物多1mol，質(zhì)量是28g，則

6NO＋4NH3=5N2＋6H2O 還原產(chǎn)物比氧化產(chǎn)物多

6mol 4mol 28g

0.3mol 0.2mol 1.4g

所以如果NO過(guò)量，則原反應(yīng)混合物中NO的物質(zhì)的量是1.0mol－0.2mol＝0.8mol

如果氨氣過(guò)量，則原反應(yīng)混合物中NO的物質(zhì)的量是0.3mol

（4）CH4與足量H2O（g）反應(yīng)要產(chǎn)生最多的氫氣，則為生成物應(yīng)該是氫氣和CO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4（g）+2 H2O（g）＝ CO2（g）+4H2（g），.所以2mol甲烷與足量水蒸氣反應(yīng)最多生成8mol氫氣。

（5）當(dāng)H2和CO以物質(zhì)的量1:1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%時(shí)，根據(jù)原子守恒可知生成物的化學(xué)式應(yīng)該是CH2O，該物質(zhì)是甲醛，答案選c。