Question

【題目】（一）霧霾天氣肆虐給人類健康帶來了嚴重影響．燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一．

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO2CO2（g）+N2（g）△H＜O

①反應的速率-時間圖像如圖甲所示．若其他條件不變，僅在反應前加入合適的催化劑，其速率時間圖象如圖乙所示．以下說法正確的是___________（填對應字母）．

A．a1＞a2 B．b1＜b2 C．t1＞t2

D．圖乙中陰影部分面積更大 E．圖甲中陰影部分面積更大

②若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態的是_________（填代號）

（2）直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環境問題．煤燃燒產生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原NOx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

寫出CH4催化還原N2O4（g）生成N2和H2O（l）的熱化學方程式：______________．

（3）CH4和H2O（g） 在催化劑表面發生反應CH4+H2OCO+3H2，該反應在不同溫度下的化學平衡常數如表：

溫度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常數	0.45	1.92	276.5	1771.5

①該反應是_________反應（填“吸熱”或“放熱”）．

②T℃時，向1L密閉容器中投入l mol CH4和l mol H2O（g），平衡時c（CH4）=0.5mol/L，該溫度下反應CH4+H2OCO+3H2的平衡常數K=______________．

（二）恒溫時，將2molA和2molB氣體投入固定容積為2L密閉容器中發生反應：2A(g)＋B(g) xC(g)＋D(s)，10s時，測得A的物質的量為1.7mol，C的反應速率為0.0225mol·L—1·s—1；40s時反應恰好處于平衡狀態，此時B的轉化率為20%。請填寫下列空白：

（1）x=____________

（2）從反應開始到10s，B的平均反應速率為____________

（3）從反應開始到40s達平衡狀態，A的平均反應速率為____________

（4）平衡時容器中B的體積分數為____________

（5）下列各項能表示該反應達到平衡狀態是____________

A．消耗A的物質的量與生成D的物質的量之比為2∶1

B．容器中A、B的物質的量 n(A)∶n(B) =2∶1

C．氣體的平均相對分子質量不再變化

D．壓強不再變化

E．氣體密度不再變化

Answer 1

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

【解析】（一）本題考查速率-時間圖象的分析，化學平衡狀態的判斷熱化學方程式的書寫，化學平衡常數影響因素及計算等知識，題目難度較大，試題涉及的知識點較多，注意掌握化學平衡常數的概念、表達式及其影響因素，明確化學平衡狀態判斷的依據。

（1）①加入催化劑，正逆反應速率都增大，達到平衡所用時間較少，但平衡不移動，則圖象陰影部分面積不變，答案為BC。

②A．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t1時刻正反應速率最大，之后隨反應進行速率發生變化，未到達平衡，A項錯誤；B．該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度不變，平衡常數不變，圖象與實際符合，B項正確；C．t1時刻后二氧化碳、CO的物質的量發生變化，t1時刻未到達平衡狀態，C項錯誤；D.NO的質量分數為定值，t1時刻處于平衡狀態，D項正確，答案選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，根據蓋斯定律，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催化還原N2O4（g）生成N2和H2O的熱化學方程式為CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=﹣898.1kJ/mol 。（3）①溫度升高，平衡常數增大，即平衡向正反應方向移動，則該反應為吸熱反應。②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH4和1mol H2O（g），平衡時c（CH4）=0.5molL-1，水蒸氣的濃度為0.5molL-1，CO的濃度為0.5molL-1，氫氣的濃度為1.5molL-1，該溫度K=（0.5×1.5×1.5×1.5）÷（0.5×0.5）=6.75。

（二）本題考查化學反應速率的計算、化學平衡的有關計算、化學平衡狀態的判斷等知識。注意三段式解題法的理解運用，全面掌握基礎知識。

（1）根據題給信息可知，10s時A的物質的量變化量△n（A）=2mol-1.7mol=0.3mol，△n（C）=0.0225molL-1s-1×10s×2L=0.45mol，根據物質的量變化量之比等于化學計量數之比，則0.3mol：0.45mol=2：x，解得x=3。

（2）10s時，A反應了0.3mol，則B反應了0.15mol，所以從反應開始到10s，B的平均反應速率為0.15mol÷(2L×10s)=0.0075mol/(L·s)。

（3）40s時反應恰好處于平衡狀態，此時B的轉化率為20%，參加反應的B的物質的量為2mol×20%=0.4mol，由方程式可知，參加反應的A的物質的量為2×0.4mol=0.8mol，則v（A）=0.8mol÷(2L×40s)=0.01mol(L·s)—1 。

（4）40s時反應恰好處于平衡狀態，此時B的轉化率為20%，參加反應的B的物質的量為2mol×20%=0.4mol，由方程式可知，參加反應的A的物質的量為2×0.4mol=0.8mol，根據三段式列式為：2A（g）+B（g）3C（g）+D（s），
開始（mol）：2 2 0 0
變化（mol）：0.8 0.4 1.2 0.4
平衡（mol）：1.2 1.6 1.2 0.4
平衡時B的體積分數為1.6mol÷(1.2mol+1.6mol+1.2mol)×100%=40%。

（5）A．消耗A的物質的量與生成D的物質的量之比為2：1，都表示反應正向進行，A項錯誤；B.容器中A、B的物質的量n（A）：n（B）=2：1，不能表示正逆反應速率相同，B項錯誤；C.反應前后氣體的質量發生變化，氣體的物質的量不變，氣體的平均相對分子質量不再變化，說明反應正逆反應速率相同，C項正確；D.該反應是氣體體積不變的反應，壓強不再變化不能說明反應達到平衡，D項錯誤；E．密度等于氣體質量除以氣體體積，反應前后氣體體積不變，反應中生成的D是固體，氣體密度不再變化說明反應達到平衡，E項正確。答案選CE。