Question

甲烷既是重要的能源也是重要的化工原料。

已知反应CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，起始时向体积为V的恒容密闭容器中通入2molCH₄和3molNO₂，测得CH₄、N₂、H₂O的物质的量浓度与时间的关系如图所示。

（1）容器体积V=_____L。

（2）图中表示H₂O的物质的量浓度与时间关系的是曲线_____(填“甲”“乙"或"丙")。

（3）0~5min内，用N₂表示的化学反应速率为_____mol·L^-1·min^-1。

（4）a、b、c三点中达到平衡的点是______。达到平衡时，NO₂的转化率是_____。(物质平衡转化率=转化的物质的量/起始的物质的量×100%)。

（5）a点时，n(CH₄):n(NO₂)=_____。

Answer

2 甲 0.1 c 80%或0.8 4:5

【解析】

(1)有甲烷的物质的量和浓度可以求得容器的体积；

(2)N2、H2O的化学计量数之比是1:2，可以推出水的物质的量浓度与时间关系的曲线；

(3)化学反应速率等于浓度的变化量除以时间；

(4)可逆反应达到平衡时反应物和生成物的浓度不变，物质平衡转化率=转化的物质的量/起始的物质的量×100%；

(5)a点时，甲曲线和丙曲线的浓度相等，即是物质的量相等，利用方程式进行计算。

(1)向体积为V的恒容密闭容器中通入2molCH4，从图中知道甲烷的起始物质的量浓度是1.0mol/L，得出容器体积V=2L，故答案为：2；

(2)甲，乙曲线是生成物的浓度变化量，氮气和水的化学计量数之比是1:2，可以推出甲曲线是H2O的物质的量浓度与时间关系的曲线，故答案为：甲；

(3)N2的化学反应速率为=0.1 mol·L-1·min-1，故答案为：0.1；

(4)可逆反应达到平衡时各物质的浓度保持不变，c点时乙曲线的浓度保持不变，是平衡点，达到平衡时，生成氮气的物质的量浓度是0.6mol/L，容积的体积是2L，即是氮气的物质的量是1.2mol，消耗二氧化氮2.4mol，NO2的转化率是×100%= 80%，故答案为：c；80%或0.8；

(5)a点时，设水的物质的量是2xmol，有方程式可知消耗甲烷的物质的量xmol，剩余甲烷的物质的量是(2-x)mol，由于甲烷的浓度等于水的浓度，可知甲烷的物质的量等于水的物质的量，即2x=2-x，解得x=2/3mol，消耗二氧化氮的物质的量是4/3mol，剩余甲烷的物质的量是2-x=2-2/3mol=4/3mol，剩余二氧化氮的物质的量是3-2x=3-4/3mol=5/3mol，n(CH4):n(NO2)=4/3mol：5/3mol=4:5，故答案为：4:5。