Question

雾霾天气肆虐给人类健康带来了严重影响．燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。

（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0

①反应的速率-时间图像如图甲所示．若其他条件不变，仅在反应前加入合适的催化剂，其速率时间图象如图乙所示。以下说法正确的是___________（填对应字母）。

A． a₁＞a₂ B．b₁＜b₂ C．t₁＞t₂ D．图乙中阴影部分面积更大E．图甲中阴影部分面积更大

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是_________（填代号）

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题．煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．

已知：CH₄（g）+2NO₂（g）N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=﹣867kJ/mol

2NO₂（g）N₂O₄（g）△H=﹣56.9kJ/mol

H₂O（g）=H₂O（l）△H=﹣44.0kJ/mol

写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：______________。

（3）CH₄和H₂O（g）在催化剂表面发生反应CH₄+H₂O⇌CO+3H₂，该反应在不同温度下的化学平衡常数如表：

温度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常数	0.45	1.92	276.5	1771.5

①该反应是_________反应（填“吸热”或“放热”）。

②T℃时，向1L密闭容器中投入lmolCH₄和lmolH₂O（g），平衡时c（CH₄）=0.5mol/L，该温度下反应CH₄+H₂OCO+3H₂的平衡常数K=______________。

Answer

BC BD CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H= −898.1 kJ·mol−1 吸热 6.75

【解析】

⑴①加了催化剂，反应速率增大，反应达到平衡所需时间缩短，阴影面积为反应物消耗的量。

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，A. 反应是放热反应，达到平衡是正、逆反应速率相等，t1时刻正反应速率最大，之后随着反应进行速率减小，说明未达到平衡；B. K平衡常数不变，说明容器内温度一定，反应达到平衡；C. t1时刻CO、CO2质量还在发生改变，说明未达到平衡；D. NO的质量分数为定值，说明达到平衡。

⑵根据盖斯定律，第一个方程式减去第二个方程式，再加上第三个方程式的2倍。

⑶①升高温度，平衡常数增大，说明平衡正向移动。

②三段式建立关系，再根据平衡常数公式进行计算。

⑴①加了催化剂，反应速率增大，反应达到平衡所需时间短，阴影面积为反应物消耗的量，由于加催化剂，平衡不移动，因此反应物消耗的量不变，因此a2＞a1，b1＜b2，t1＞t2，两图中阴影部分面积相等，故BC正确。

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，A. 反应是放热反应，达到平衡是正、逆反应速率相等，t1时刻正反应速率最大，之后随着反应进行速率减小，说明未达到平衡，故A不符合题意；B.K平衡常数不变，说明容器内温度一定，反应达到平衡，故B符合题意；C. t1时刻CO、CO2质量还在发生改变，说明未达到平衡，故C不符合题意；D. NO的质量分数为定值，说明达到平衡，故D符合题意；综上所述，答案为BD。

⑵根据盖斯定律，第一个方程式减去第二个方程式，再加上第三个方程式的2倍，得到CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式：CH4(g) + N2O4(g) = N2(g) + 2H2O(l) + CO2(g) △H= − 898.1 kJ·mol−1；故答案为：CH4(g) + N2O4(g) = N2(g) + 2H2O(l) + CO2(g) △H= − 898.1 kJ·mol−1。

⑶①升高温度，平衡常数增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应；故答案为：吸热。

②T℃时，向1L密闭容器中投入lmolCH4和lmolH2O(g)，平衡时c(CH4)=0.5 mol∙L−1，则n(CH4)=0.5 mol，，该温度下反应CH4+H2OCO+3H2的平衡常数；故答案为：6.75。