Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。回答下列关于氮元素的有关问题。

（1）用CH₄催化还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） ；⊿H=" -574" kJ·mol^－1

②CH₄（g） +4NO（g） =2N₂（g） + CO₂（g） + 2H₂O（g）；⊿H=" -1160" kJ·mol^－1

③H₂O（g） = H₂O（l） ； △H= -44．0 kJ·mol^－1

写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（1）的热化学方程式                          ，该反应的熵变⊿S     0（填“＞”、“＜”、“="”" ）。

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C（s）+2NO（g）N₂（g）+CO₂（g） 。某研究小组向某密闭的真空容器（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计）中加入NO和足量的活性炭，恒温（T₁℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如右表：

①10min~20min以V（CO₂） 表示的反应速率为              。

②该反应的平衡常数的表达式为：K=         ，根据表中数据，计算T₁℃时该反应的平衡常数为   　　   （保留两位小数）。

③下列各项能作为判断该反应达到平衡的是    （填序号字母）。

a．容器内压强保持不变　　      b．2V（NO）_（正）= V（N₂）_（逆）

c．容器内CO₂的体积分数不变     d．混合气体的密度保持不变

④30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是              。

⑤一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率        （填“增大”、“不变”或“减小”） 。

Answer

（13分）（1）①CH4（g）+2NO2（g） =N2（g） + CO2（g） +2H2O（l）；⊿H=" -955" kJ·mol－1（2分），＜（1分）

（2 ） ① 0．009 mol·L－1·min－1（1分，没写单位不得分）

②K＝， （1分） K=0．56 （2分）

③c、d  （2分,写对一个得1分，多些、错写不给分）

④减小 CO2的浓度   （2分）   ⑤不变     （2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律可知，（①＋②－③×4）÷2即得到CH4（g）+2NO2（g） =N2（g） + CO2（g） +2H2O（l），所以该反应的反应热△H＝（－574 kJ/mol－1160 kJ/mol＋44．0 kJ/mol×4）÷2＝－955 kJ/mol。根据反应式可知，该反应是体积减小的可逆反应，所以该反应的熵变⊿S＜0。

（2）①10min～20min内，CO2的浓度增加了0.30mol/L－0.21mol/L＝0.09mol/L，所以以V（CO2）表示的反应速率为0.09mol/L÷10min＝0.009mol/(L·min)。

②反应进行到40min时，各种物质的浓度不再发生变化，说明反应已经达到平衡状态，则该反应的平衡常数K＝＝。

③在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以选项c正确；根据方程式可知，反应前后体积是不变的，所以压强始终是不变的，则a不能说明；b中反应速率的方向相反，但不能满足速率之比是相应的化学计量数之比，不正确；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但质量是变化的，d正确，答案选cd。

④根据表中数据可知，NO和CO2的浓度减少，氮气的浓度增加，这说明改变的条件是减小 CO2的浓度，平衡向正反应方向移动。

⑤由于反应前后体积不变，且反应物只有NO一种气体，所以一定温度下，随着NO的起始浓度增大，但平衡不移动，则NO的平衡转化率不变。

考点：考查反应热的计算、平衡常数的判断和计算、平衡状态的判断以及外界条件对平衡状态的影响