Question

研究NO_x、CO、SO₂等大气污染气体的治理，对保护环境有重要的意义。回答下列问题：

（1）NO_x与CO反应生成无污染气体的相关热化学方程式如下：

①NO₂(g)+CO(g)CO₂(g)+NO(g)    ΔH₁=−234.0kJ·mol⁻¹

②4NO(g)2NO₂(g)+N₂(g)    ΔH₂=−291.8kJ·mol⁻¹

反应③2NO₂(g)+4CO(g)N₂(g)+4CO₂(g)的ΔH₃=___kJ·mol⁻¹，有利于提高该反应NO₂平衡转化率的条件是___（填标号）。

A.高温低压      B.低温高压     C.高温高压     D.低温低压

（2）在一定温度下，向2L的恒容密闭容器中充入4.0molNO₂和4.0molCO，在催化剂作用下发生反应：2NO₂(g)+4CO(g)N₂(g)+4CO₂(g)，测得相关数据如下：

	0min	5min	10min	15min	20min
c(NO2)/mol·L^−1	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c(N2)/mol·L^−1	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①其他条件不变，若不使用催化剂，则0~5minNO₂的转化率将___（填“变大”、“变小”或“不变”）。

②以下表述能说明该反应已达到平衡状态的是___。

A.CO的反应速率为N₂的4倍

B.气体的颜色不再变化

C.化学平衡常数K不再变化

D.混合气的压强不再变化

③该温度下反应的化学平衡常数K=__（保留两位有效数字）。

④在20min时，保持温度不变，继续向容器中再加入2.0molNO₂和2.0molN₂，则化学平衡__移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。

（3）在高效催化剂的作用下用CH₄还原NO₂，也可消除氮氧化物的污染。

①CH₄还原NO₂反应的化学方程式为___。

②在相同条件下，选用A、B、C三种不同催化剂进行反应，生成N₂的物质的量与时间变化如图图1所示，其中活化能最大的是___[Ea(A)、Ea(B)、Ea(C)分别表示三种催化剂下该反应的活化能]。

③在催化剂A作用下，测得相同时间内处理NO₂的量与温度的关系如图2所示，曲线先增大后减小的可能原因是___。

Answer

-1227.8 B 变小 BD 0.11 逆向 CH4+2NO2CO2+N2+2H2O Ea(C) 低于300℃时，反应未达到平衡，随温度升高反应速率加快；高于300℃时，反应达平衡，升温逆向反应程度更大或高于300℃催化剂活性降低

【解析】

(1)已知：①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=−234.0kJ·mol−1，②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=−291.8kJ·mol−1，由盖斯定律可知：①×4+②可得反应③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，据此计算ΔH3；结合影响平衡的因素分析，判断能提高NO2平衡转化率的条件；

(2)①不使用催化剂，反应速率降低；

②根据平衡状态的特征，达平衡状态时各组分的物质的量、浓度等不随时间的改变而改变分析；

③化学平衡常数K等于平衡时生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积；

④根据Qc与K的相对大小判断平衡移动的方向；

(3)①CH4还原NO2生成N2、CO2和水；

②活化能最小，则反应速率最快，故氮气的物质的量改变最快；

③由在催化剂A作用下测得相同时间处理NO2的量与温度关系图可知，未达到时升高温度反应速率加快，而温度300℃平衡逆向移动。

(1)已知：①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=−234.0kJ·mol−1，②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=−291.8kJ·mol−1，由盖斯定律可知：①×4+②可得反应③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，则ΔH3=(−234.0kJ·mol−1)×4+(−291.8kJ·mol−1)=-1227.8kJ·mol−1；该反应是放热反应，同时也是气体体积减小的反应，降低温度，增大压强，即低温高压使平衡正向移动提高该反应NO2的平衡转化率，故答案为B；

(2)①其他条件不变，若不使用催化剂，反应速率降低，则0~5minNO2的变化物质的量减小，即NO2的转化率将变小；

②A．随着反应的进行，CO的反应速率始终为N2的4倍，无法判断反应是否达到平衡状态，故A错误；

B．反应达平衡前，气体颜色在变，后来不变了，则NO2的量不随时间变化而变化，说明反应达到平衡状态，故B正确；

C．化学平衡常数随温度变化而变化，温度不变，平衡常数K始终不变，则无法说明反应达到平衡状态，故C错误；

D．反应前后气体总物质的量在变化，在恒温恒容条件下，当混合气的压强不再变化时，说明气体总物质的量不再变化，此时反应达到平衡状态，故D正确；

故答案为BD。

③平衡时：

则该温度下反应的化学平衡常数K===0.11。

④在20min时，保持温度不变，继续向容器中再加入2.0molNO2和2.0molN2，此时Qc===0.2＞0.11=K，则化学平衡逆向移动；

(3)①CH4还原NO2生成N2、CO2和水，发生反应的化学方程式为CH4+2NO2CO2+N2+2H2O；

②活化能最大，则反应速率最慢，故氮气的物质的量改变最慢，由图可知，活化能最大的是Ea(C)；

③图中曲线先增大后减小的原因为低于300℃，反应未达到平衡，温度升高，反应速率加快，而高于300℃，反应已平衡，升温逆向反应程度更大或高于300℃催化剂活性降低。