Question

甲烷是一种重要的基础化工原料，不仅可制备多种重要有机产品，还可用于环境保护。请回答下列问题：

（1）用甲烷催化还原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染。已知：

反应过程（2）是__反应（填“放热”或“吸热”），甲烷还原NO₂生成H₂O(g)、N₂和CO₂时的热化学方程式是__。

（2）工厂利用甲烷与氯气的反应原理制取氯甲烷，为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl₄，以减少其对臭氧层的破坏。化学家研究在催化条件下，通过下列反应：CCl₄(g)+H₂(g)CHCl₃(g)+HCl(g)，使CCl₄转化为重要的化工原料氯仿(CHCl₃)（不考虑副反应）。在固定容积为2L的密闭容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据：

实验 序号	温度℃	初始n(CCl4)( mol)	初始n(H2)( mol)	平衡时n(CHCl3)( mol)
1	110	0.8	1.2
2	110	2	2	1
3	100	1	1	0.6

①此反应在110℃时平衡常数为___。

②实验l中，CCl₄的转化率为__。

③判断该反应的正反应是__（填“放热”或“吸热”），理由是__。

④为提高实验3中CCl₄的转化率，可采取的措施是__。

a.使用高效催化剂

b.向容器中再投入1molCCl₄和1molH₂

c.温度升高到200℃

d.向容器中再投入1molHCl

e.向容器中再投入1molH₂

Answer

吸热 2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g)△H=-1734kJ/mol 1 60% 放热 温度为100℃时，K=2.25，大于110℃时的平衡常数，说明升高温度，反应逆向移动，则该可逆反应的正反应为放热反应 e

【解析】

（2）涉及化学平衡常数的计算，根据化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不变，据此进行计算分析。

（1）由反应过程（2）图可知，反应物总能量小于生成物总能量，所以反应过程（2）吸热；由反应过程（1）图可知，反应过程（1）的热化学方程式：CH4(g)+4NO2(g)=CO2(g)+4NO(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol①，由反应过程（2）图可知，反应过程（2）的热化学方程式：CO2(g)+N2(g)+H2O(g) =CH4(g)+2NO(g) △H=+580kJ/mol②，得：2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g) △H=。故答案为：吸热；2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g) △H=-1734kJ/mol；

（2）①利用“三段式”进行计算：

由表中数据可知，110℃时，c(CHCl3)=，由题有：

则平衡常数K=，故答案为：1；

②由表中数据可知，实验1和实验2温度相同，则二者的化学平衡常数也相同，由题有：初始c(CCl4)=，c(H2)=。设CCl4的转化率为a，则：

则平衡常数，解得：a=0.6，故答案为：60%；

③由表中数据可知，在100℃时，c(CCl4)=，c(H2)=，平衡时c(CHCl3)=，利用“三段式”计算如下：

则平衡常数K=＞1，即温度为100℃时，K=2.25，大于110℃时的平衡常数，说明升高温度，反应逆向移动，则该可逆反应的正反应为放热反应。故答案为：放热；温度为100℃时，K=2.25，大于110℃时的平衡常数，说明升高温度，反应逆向移动，则该可逆反应的正反应为放热反应；

④a．使用高效催化剂，平衡不移动，CCl4的转化率不变，a项错误；

b．向容器中再投入1molCCl4和1molH2，根据等效平衡，化学平衡不移动，CCl4的转化率不变，b项错误；

c．温度升高到200℃，平衡逆向移动，CCl4的转化率减小，c项错误；

d．向容器中再投入1molHCl，平衡逆向移动，CCl4的转化率减小，d项错误；

e．向容器中再投入1molH2，平衡正向移动，CCl4的转化率增大，e项正确；

答案选：e。