Question

（一）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＜O

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l mol CH₄和l mol H₂O（g），平衡时c（CH₄）=0.5mol/L，该温度下反应CH₄+H₂OCO+3H₂的平衡常数K=______________．

（二）恒温时，将2molA和2molB气体投入固定容积为2L密闭容器中发生反应：2A(g)＋B(g) xC(g)＋D(s)，10s时，测得A的物质的量为1.7mol，C的反应速率为0.0225mol·L^—1·s^—1；40s时反应恰好处于平衡状态，此时B的转化率为20%。请填写下列空白：

（1）x=____________

（2）从反应开始到10s，B的平均反应速率为____________

（3）从反应开始到40s达平衡状态，A的平均反应速率为____________

（4）平衡时容器中B的体积分数为____________

（5）下列各项能表示该反应达到平衡状态是____________

     A．消耗A的物质的量与生成D的物质的量之比为2∶1

     B．容器中A、B的物质的量 n(A)∶n(B) =2∶1

     C．气体的平均相对分子质量不再变化

     D．压强不再变化

     E．气体密度不再变化

Answer

BCBDCH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=﹣898.1kJ/mol吸热6.7530.0075mol/(L·s)0.01mol•(L·s)—140%CE

【解析】（一）本题考查速率-时间图象的分析，化学平衡状态的判断热化学方程式的书写，化学平衡常数影响因素及计算等知识，题目难度较大，试题涉及的知识点较多，注意掌握化学平衡常数的概念、表达式及其影响因素，明确化学平衡状态判断的依据。

（1）①加入催化剂，正逆反应速率都增大，达到平衡所用时间较少，但平衡不移动，则图象阴影部分面积不变，答案为BC。

②A．到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t1时刻正反应速率最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，A项错误；B．该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度不变，平衡常数不变，图象与实际符合，B项正确；C．t1时刻后二氧化碳、CO的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，C项错误；D.NO的质量分数为定值，t1时刻处于平衡状态，D项正确，答案选BD。（2）已知：CH4（g）+2NO2（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣867kJ/mol ①、2NO2（g）N2O4（g）△H=﹣56.9kJ/mol、②H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44.0kJ/mol③，根据盖斯定律，①-②+④×2可得CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O △H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol， 即CH4催化还原N2O4（g）生成N2和H2O的热化学方程式为CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=﹣898.1kJ/mol 。（3）①温度升高，平衡常数增大，即平衡向正反应方向移动，则该反应为吸热反应。②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O（g），平衡时c（CH4）=0.5mol•L-1，水蒸气的浓度为0.5mol•L-1，CO的浓度为0.5mol•L-1，氢气的浓度为1.5mol•L-1，该温度K=（0.5×1.5×1.5×1.5）÷（0.5×0.5）=6.75。

（二）本题考查化学反应速率的计算、化学平衡的有关计算、化学平衡状态的判断等知识。注意三段式解题法的理解运用，全面掌握基础知识。

（1）根据题给信息可知，10s时A的物质的量变化量△n（A）=2mol-1.7mol=0.3mol，△n（C）=0.0225mol•L-1•s-1×10s×2L=0.45mol，根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比，则0.3mol：0.45mol=2：x，解得x=3。

（2）10s时，A反应了0.3mol，则B反应了0.15mol，所以从反应开始到10s，B的平均反应速率为0.15mol÷(2L×10s)=0.0075mol/(L·s)。

（3）40s时反应恰好处于平衡状态，此时B的转化率为20%，参加反应的B的物质的量为2mol×20%=0.4mol，由方程式可知，参加反应的A的物质的量为2×0.4mol=0.8mol，则v（A）=0.8mol÷(2L×40s)=0.01mol•(L·s)—1 。

（4）40s时反应恰好处于平衡状态，此时B的转化率为20%，参加反应的B的物质的量为2mol×20%=0.4mol，由方程式可知，参加反应的A的物质的量为2×0.4mol=0.8mol，根据三段式列式为： 2A（g）+B（g）⇌3C （g）+D（s），
开始（mol）：2      2       0        0
变化（mol）：0.8    0.4      1.2       0.4 
平衡（mol）：1.2    1.6       1.2       0.4
平衡时B的体积分数为1.6mol÷(1.2mol+1.6mol+1.2mol)×100%=40%。

（5）A．消耗A的物质的量与生成D的物质的量之比为2：1，都表示反应正向进行，A项错误；B.容器中A、B的物质的量 n（A）：n（B）=2：1，不能表示正逆反应速率相同，B项错误；C.反应前后气体的质量发生变化，气体的物质的量不变，气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应正逆反应速率相同，C项正确；D.该反应是气体体积不变的反应，压强不再变化不能说明反应达到平衡，D项错误；E．密度等于气体质量除以气体体积，反应前后气体体积不变，反应中生成的D是固体，气体密度不再变化说明反应达到平衡，E项正确。答案选CE。