Question

最近几年我国已加大对氮氧化物排放的控制力度。消除氮氧化物污染有多种方法。

（l）用CH₄还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：

①CH₄(g)＋4NO₂(g)= 4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H=-574kJ·mol^-1

②CH₄(g)＋4NO (g)=2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H=-1160kJ·mol^-1

③H₂O(g)= H₂O(l) △H=-44.0kJ·mol^-1

CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(1)的热化学方程式为_________________。

（2）用活性炭还原法也可处理氮氧化物。有关反应为：2C(s)＋2NO₂(g)=N₂(g)＋2CO₂(g) △H<0，起始时向密闭容器中充入一定量的C(s)和NO₂(g)，在不同条件下，测得各物质的浓度变化状况如下图所示。

①0〜10min内，以CO₂表示的平均反应速率v(CO₂)=_______________。

②0～10min，10〜20 min，30〜40 min三个阶段NO₂的转化率分别为α₁、α₂、α₃，其中最小的为_________，其值是___________________。

③计算反应达到第一次平衡时的平衡常数K=____________。

④第10min时，若只改变了影响反应的一个条件，则改变的条件为______(填选项字母）。

A．增加C(s)的量       B．减小容器体积      C．加入催化剂

⑤20～30min、40〜50 min时体系的温度分别为T₁和T₂，则T₁_____T₂(填“> “<”或“=”）， 判断的理由是_________________________。

Answer

CH4(g ) +2NO2( g ) =N2( g )+ CO2(g ) +2H2O (l ) ΔH= －955 kJ/mol 0.02 mol/(L· min) α1 20% 0.675 C > 此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动

【解析】

（l）根据盖斯定律，方程式①+②-③×4可得目标方程式，反应热作相应变化即可。

（2）起始时向密闭容器中充入一定量的C(s)和NO2(g)，发生反应：2C(s)＋2NO2(g)=N2(g)＋2CO2(g) △H<0，开始时NO2浓度逐渐降低，到10min时浓度降低得程度更大，说明反应速率变快，可能是使用了催化剂或升高了温度，20min时到达了平衡。30min时NO2浓度在原平衡基础上降低，生成物浓度在原平衡基础上增大，说明平衡向右移动，改变的条件可能是降低温度，不能是增大压强（若增大压强，体积变小，各物质浓度都增大）和改变碳（固体）或其他物质浓度（因为是在原平衡基础上变化的）。

（1）根据盖斯定律，方程式①+②-③×4可得目标方程式，反应热作相应变化，得到CH4(g ) +2NO2( g ) =N2( g )+ CO2(g ) +2H2O (l ) ΔH= －955 kJ/mol。

（2）①根据图像，10min时CO2的浓度为0.2mol/L，则以CO2表示的反应速率为=0.02mol/(L·min)。

②根据图像，0～10min内，NO2的转化率α1==20%

10～20min内，NO2的转化率α2==50%

30～40min内，NO2的转化率α3==25%，所以转化率最小的是α1，为20%。

③反应在20min时达到平衡，根据。

④根据图像，10～20min内反应速率加快，平衡仍正向移动。增加固体C不影响反应速率，A错；减小容器体积，则增大压强，各物质浓度会瞬间突然增大，B错；加入催化剂可加快反应速率，但不影响平衡，C正确。

⑤20～30min、40〜50 min是体系的两个平衡状态，由题意可知改变温度使平衡发生移动，40〜50 min时的平衡与20～30min时的平衡相比，平衡正向移动，因反应是放热反应，故降低温度平衡正向移动，T1>T2。