Question

【題目】建設“美麗中國”首先要做好環(huán)境保護與治理。氮氧化物（NOx）是嚴重的大氣污染物，其主要來源有汽車尾氣和硝酸工廠等。氮氧化物（NOX）能引起霧霾、光化學煙霧、酸雨等環(huán)境問題。某科研機構設計了如下轉化氮氧化物的幾種方案。請回答下列問題：

（1）方案Ⅰ：利用甲烷在催化劑條件下還原NOx，相關反應如下：

①N2（g）+O2（g）=2NO（g） H1=+180.5kJ/mol

②CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（l） H2= -574kJ/mol

③CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+ CO2（g）+2H2O（l） H3= -1160kJ/mol

則表示甲烷燃燒熱的熱化學反應方程式是________ 。

（2）方案Ⅱ：利用CO在催化劑條件下還原NOx：2NOx（g）+2xCO（g）N2（g）+2xCO2（g） H。向容積均為2L的甲（溫度為T1）、乙（溫度為T2）兩個恒容密閉容器中分別充入2 mol NO2（g）和3 mol CO（g）。反應過程中兩容器內(nèi)CO2的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化關系如圖所示：

①甲容器中，平衡時NO2的轉化率為____；

②T1___T2（填“>”或“<”）；△H___0（填“>”或“<”），判定的依據(jù)是____；

③T2溫度時，該反應的平衡常數(shù)K=____；

④乙容器達到平衡后，再充入3 mol NO2和2 molCO2，此時v（正）___v（逆）（填“>”“<”或“=”）。

Answer 1

【答案】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H=799kJ/mol > < 溫度升高，c（CO2）低，平衡逆向移動，正反應為放熱反應 16 =

【解析】

在書寫物質(zhì)的燃燒熱的熱化學方程式時，要注意可燃物的化學計量系數(shù)為1，方程式表示的必須是可燃物的完全燃燒，若有水生成，務必要為液態(tài)。由于溫度越高，反應速率一般越大；所以對于不同溫度下，物質(zhì)濃度隨時間變化的圖像，濃度變化的越快，說明相應的溫度越高；判斷出溫度的大小后，再根據(jù)不同溫度平衡濃度的大小關系結合勒夏特列原理就可以分析出反應是吸熱反應還是放熱反應。平衡常數(shù)，高中階段認為只和溫度有關；所以利用溫度不變平衡常數(shù)不變，通過判斷濃度商和平衡常數(shù)的大小關系，就可以確定條件改變對平衡的影響。

(1)甲烷燃燒熱的熱化學方程式為： ；根據(jù)蓋斯定律，，代入數(shù)據(jù)得；

(2)①根據(jù)CO還原NO2的方程式：，甲容器中平衡時CO2的濃度增加了0.6mol/L，那么NO2的濃度減小了0.3mol/L，即物質(zhì)的量減少了0.6mol，因此轉化率為：；

②由于T1條件下，CO2濃度變化更快，所以該溫度下反應速率更大，因此溫度更高；溫度從T1降到T2，CO2的平衡濃度上升，平衡正向移動，因此，該反應是放熱反應；

③溫度為T2時，CO2平衡濃度為1mol/L，根據(jù)反應的方程式：，N2的平衡濃度即0.25mol/L，NO2的平衡濃度為0.5mol/L，CO的平衡濃度為0.5mol/L，所以該溫度下平衡常數(shù)為：；

④乙容器達到平衡后，若再充入3molNO2和2molCO2，則此時NO2的濃度為2mol/L，CO2的濃度為2mol/L；此時，濃度商為：，由于溫度未變化，所以此時的K仍為16，Q=K，所以，反應仍維持平衡狀態(tài)，正逆反應速率相等；