Question

CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=?867 kJ·mol^－1。該反應可用于消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃時，分別將0.50 molCH₄和a molNO₂充入1L的密閉容器中發生反應，測得有關數據如下表：

實驗編號	溫度	時間	0	10	20	40	50
1	130℃	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

 
（1）開展實驗1和實驗2的目的是                                         。
（2）180℃時，反應到40min，體系    （填“是”或“否”）達到平衡狀態，理由是                                               ；CH₄的平衡轉化率為       。
（3）已知130℃時該反應的化學平衡常數為6.4，試計算a的值。（寫出計算過程）
（4）一定條件下，反應時間t與轉化率μ（NO₂）的關系如圖所示，請在圖像中畫出180℃時，壓強為P₂（設壓強P₂＞P₁）的變化曲線，并做必要的標注。

（5）根據已知求算：ΔH2=                   。
CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=?574 kJ·mol^－1
CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH2

Answer 1

（16分）有效數字錯誤或無單位運算或無作答，總扣1分
（1）研究溫度對該化學平衡的影響（2分）
（2）是（1分）   溫度升高，反應加快，對比實驗1，高溫下比低溫下更快達到平衡狀態。可確定40min時反應已經達平衡狀態（2分）      70%（2分）
（3）          CH₄（g）+2NO₂（g）N₂（g）＋CO₂（g）+2H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：  0.5       n             0       0          0
變化濃度（mol/L）：  0.40     0.80           0.40    0.40        0.80
平衡濃度（mol/L）：   0.10    n-0.80          0.40    0.40        0.80 （2分）
則：，解得a＝1.2    
答：a的值為1.2  （2分）
（4）
（2分，無標注扣1分）     
（5）?1160kJ/mol（3分）

解析試題分析：（1）控制變量進行探究才能盡快得出合理結論，依題意可知，實驗1和2的研究目的是溫度對化學平衡的影響，其他條件保持不變，僅僅反應溫度分別為130℃、180℃；（2）130℃時，反應到40min時甲烷的物質的量保持不變，說明已達平衡，升高溫度，反應速率增大，達到平衡的時間縮短，則180℃時，反應到40min，體系一定達到平衡狀態；由于平衡時甲烷的物的量保持不變，讀表可知平衡時甲烷為0.15mol，由于起始時甲烷為0.50mol，則甲烷的平衡轉化率=(0.50—0.15)mol/0.50mol×100%=70%；（3）根據表中數據，130℃時：
CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)
起始濃度（mol/L）  0.5     n         0     0       0
變化濃度（mol/L）  0.4    0.8        0.4   0.4      0.8
平衡濃度（mol/L）  0.1   n—0.8      0.4   0.4      0.8
則130℃時該反應的K=[c(N₂)×c(CO₂)×c²(H₂O)]/[c(CH₄)×c²(NO₂)]=（0.4×0.4×0.8²）/[0.1×(n—0.8）²]=6.4， 解得：n=1.2；
（4）180℃、P₁變為180℃、P₂，就是增大壓強，則反應速率增大，平衡左移，二氧化氮的平衡轉化率減小，因為正反應是氣體體積增大的反應；畫圖要點為：①起點與180℃、P₁時相同；②未達平衡前，180℃、P₂時曲線位于180℃、P₁時曲線的左邊；③180℃、P₂時達到平衡的時間小于180℃、P₁時；④平衡時，180℃、P₂時曲線位于180℃、P₁時曲線的下邊；
（5）CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=?867 kJ·mol^－1，由于系數加倍焓變也加倍，則2CH₄(g)+4NO₂(g)2N₂(g)+2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=?2×867 kJ·mol^－1，由于CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=?574 kJ·mol^－1，根據蓋斯定律，前者減去后者可得CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，且焓變等于?1160kJ/mol，故ΔH2=?1160kJ/mol。
考點：考查化學反應原理大題，涉及控制變量實驗、溫度對化學平衡的影響、平衡轉化率的計算、根據平衡常數求反應物的起始量、壓強對化學反應速率和化學平衡的影響圖像、蓋斯定律、熱化學方程式等。