Question

（7分）环境中氮氧化物的合理控制和治理是减少雾霾天气、优化生存环境的有效途径之一。请运用化学反应原理知识，回答下列问题：

（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(1) △H₁ = -662kJ·mol^-1

②CH₄ (g)+ 4NO(g) === 2N₂ (g)+ CO₂ (g)+ 2H₂O(1) △H₂ = -1251 kJ·mol^-1

据此，写出CH₄将NO₂还原为N₂的热化学方程式：_______________________；

（2）用活性炭还原法也可处理氮氧化物。有关反应为：C(s)+2NO(g)N₂ (g)+CO₂ (g)

某研究小组向一个容积（3L）恒定的真空密闭容器中加人0.3mol NO和足量的活性炭与催化剂（固体试样的体积忽略不计），在恒温（T₁℃）条件下发生反应，经10min反应达到平衡，测得N₂的物质的量为0.09mol。

①0min~10min内以v（NO）表示的平均化学反应速率为          。

②下列各项能判断该反应达到平衡状态的是          。

A．容器内压强保持不变         

B．速率关系：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

③在相同条件下，若在容器中放人生石灰，则NO的平衡转化率          （填“增大”、“不变”或“减小”）。

Answer

（1）CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) △H＝—956.5kJ/mol

（2）①0.006mol/(L·min) ②CD ③增大

【解析】

试题分析：（1）已知：①CH4 (g)+ 4NO2 (g)＝4NO(g)+ CO2 (g)+ 2H2O(1) △H1 = -662kJ·mol-1，②CH4 (g)+ 4NO(g) ＝2N2 (g)+ CO2 (g)+ 2H2O(1) △H2 = -1251 kJ·mol-1，则根据盖斯定律可知（①＋②）÷2即可得到CH4将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) △H＝—956.5kJ/mol；

（2）①经10min反应达到平衡，测得N2的物质的量为0.09mol，则根据方程式可知消耗NO是0.18mol，难度是0.18mol÷3L＝0.06mol/L，所以0min~10min内以v（NO）表示的平均化学反应速率＝0.06mol/L÷10min＝0.006mol/(L·min) 。

②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。A．正反应是体积不变的可逆反应则压强始终不变，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡状态，A错误；B．速率关系：2v(NO)(正) = v (N2)(逆)，二者的速率方向相反，当不能满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，因此不能说明反应达到平衡状态，B错误；C．容器内CO2的体积分数不变能说明反应达到平衡状态，C正确；D．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，当气体质量是变化的，因此密度是变化的，所以当混合气体的密度保持不变时能说明反应达到平衡状态，D正确，答案选CD。

③在相同条件下，若在容器中放人生石灰，生石灰吸收CO2，降低CO2浓度平衡向正反应方向进行，则NO的平衡转化率增大”、“不变”或“减小”）。

考点：考查盖斯定律应用、反应速率计算、平衡状态判断以及外界条件对平衡状态的影响