Question

【題目】氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要應(yīng)用。

(1)煙氣中的氮氧化物(NOx)可與甲烷在一定條件下反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無害成分，從而消除污染。已知

反應(yīng)	反應(yīng)熱(△H/kJ·mol-1)	平衡常數(shù)(K)
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)	a	K1
N2(g)+O2(g)═2NO(g)	b	K2

則CH4脫硝的熱化學(xué)方程式為CH4(g) + 4NO (g)CO2(g) + 2N2(g) + 2H2O ΔH=_________kJ/mol(用a、b表示)；平衡常數(shù)K3=_________(用K1、K2表示)。

(2)用活性炭還原法可以消除NO 的污染，發(fā)生的反應(yīng)為C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。1molNO 和足量的活性炭在T℃、容積恒定為2L的密閉容器中反應(yīng)，經(jīng)過5min反應(yīng)達(dá)到平衡，測得NO的物質(zhì)的量為0.4mol。

①從反應(yīng)開始到5min,用氮?dú)獗硎镜钠骄�反�?yīng)速率為_________。達(dá)到平衡后，向容器中再通入0.1molNO氣體和0.3molCO2氣體，則此平衡將_________(填“正向移動(dòng)”“不移動(dòng)”或“逆向移動(dòng)”)。

②能判斷該反應(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_________(填標(biāo)號(hào))。

a.NO和N2的體積比保持不變

b.單位時(shí)間內(nèi)生成2nmolNO的同時(shí)消耗nmolCO2

c.恒溫恒容條件下，反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變

d.恒容條件下，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

(3)某實(shí)驗(yàn)小組模擬4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) ΔH=-1200kJ·mol-1凈化過程，一定溫度下，在2L的恒容密閉容器中，起始時(shí)按照甲、乙兩種方式進(jìn)行投料，經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到平衡狀態(tài)，測得甲中CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為__________；兩種方式達(dá)平衡時(shí)，N2的體積分?jǐn)?shù)：甲______乙(填“>、=、<或不確定”)

甲	乙
0.2molNO2	0.1molNO2
0.4molCO	0.2molCO

Answer 1

【答案】a﹣2b 0.03mol/(L.min) 逆向移動(dòng) d 10 >

【解析】

(1)依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式，平衡常數(shù)=，依據(jù)反應(yīng)的平衡常數(shù)計(jì)算分析平衡常數(shù)的關(guān)系；

(2)①根據(jù)NO的物質(zhì)的量變化計(jì)算NO的消耗速率，再由計(jì)量數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比計(jì)算N2的生成速率，根據(jù)Qc與K的關(guān)系判斷化學(xué)反應(yīng)的方向；

②反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正＝v逆，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為m，據(jù)此逐項(xiàng)分析；

(3)結(jié)合反應(yīng)，列“三段式”求解平衡常數(shù)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，計(jì)算乙中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)。

(1) ①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)K1=△H=akJmol1；②N2(g)+O2(g)═2NO(g)K2=△H=bkJmol1；依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，①②×2得到CH4脫硝的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l)△H=(a2b)kJmol1；K3=；

(2) ①1molNO 和足量的活性炭在TC、容積恒定為2L的密閉容器中反應(yīng)，經(jīng)過5min反應(yīng)達(dá)到平衡，測得NO的物質(zhì)的量為0.4mol，則NO的消耗速率為v(NO)==0.06mol/(Lmin)，再由計(jì)量數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比，則N2的生成速率為v(NO)=0.03mol/(Lmin)，

所以化學(xué)平衡常數(shù)K===916；

達(dá)到平衡后，向容器中再通入0.1molNO氣體和0.3molCO2氣體，則Qc==1825>K，所以平衡逆向移動(dòng)；

②a．NO和N2的體積比取決于反應(yīng)物的通入量，反應(yīng)進(jìn)行的程度，不能通過NO和N2的體積比保持不變判斷化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故a不符合題意；

b．單位時(shí)間內(nèi)生成2molNO的同時(shí)消耗1molCO2，說明化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，不是nmolCO2，故b不符合題意；

c．恒溫恒容條件下，反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變，反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)過程，體系壓強(qiáng)始終不變，不能通過壓強(qiáng)說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c不符合題意；

d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為，反應(yīng)前后混合氣體總物質(zhì)的量n不變，混合氣體總質(zhì)量m改變，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量改變，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量，一定可以說明化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故d符合題意；

故答案為：d；

(3) 已知：4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) 一定溫度下，在2L的恒容密閉容器中，經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到平衡狀態(tài)，測得甲中CO的轉(zhuǎn)化率為50%，列“三段式”：

則甲中反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=10；條件不變的情況下，甲的投料比是乙的兩倍，即可認(rèn)為甲是乙達(dá)到平衡后增大壓強(qiáng)促使平衡正向移動(dòng)，N2的體積分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)增大。