Question

最近幾年我國已加大對氮氧化物排放的控制力度。消除氮氧化物污染有多種方法。
（l）用CH₄還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)與NO₂(g)反應生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(1)的熱化學方程式為                 。
（2）用活性炭還原法也可處理氮氧化物。有關反應為：2C(s)＋2NO₂(g)=N₂(g)＋2CO₂(g) △H<0，起始時向密閉容器中充入一定量的C(s)和NO₂(g)，在不同條件下，測得各物質的濃度變化狀況如下圖所示。

①0?10min內，以CO₂表示的平均反應速率v(CO₂)=               。
②0～10min，10?20 min，30?40 min三個階段NO₂的轉化率分別為α₁、α₂、α₃，其中最小的為         ，其值是                   。
③計算反應達到第一次平衡時的平衡常數K=            。
④第10min時，若只改變了影響反應的一個條件，則改變的條件為      (填選項字母）。
A．增加C(s)的量       B．減小容器體積      C．加入催化劑
⑤20～30min、40?50 min時體系的溫度分別為T₁和T₂，則T₁_____T₂(填“> “<”或“=”）， 判斷的理由是                         。

Answer 1

（1）CH₄(g ) +2NO₂ ( g ) =N₂ ( g )+ CO₂ (g ) +2H₂O (l )  ΔH= －955 kJ ／mol （2分，只要有錯該空即不能得分。）
（2）①0.02 mol/(L· min) （2分，數值、單位各1分） 
②α₁   （1分） 20% （2分）
③ 0.675 （2分，不寫單位不扣分，寫錯單位扣1分） 
④ C （2分）
⑤ > （1分）   此反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動（2分，平衡正向移動、該反應為放熱反應兩個給分點，各1分。）

解析試題分析：（1）根據蓋斯定律，方程式①+②-③×4可得目標方程式，反應熱作相應變化即可。
（2）①根據圖像，10min時CO₂的濃度為0.2mol/L，則以CO₂表示的反應速率為=0.02mol/(L·min)。
②根據圖像，0～10min內，NO₂的轉化率α₁==20%
10～20min內，NO₂的轉化率α₂==50%
30～40min內，NO₂的轉化率α₃==25%
③反應在20min時達到平衡，根據。
④根據圖像，10～20min內反應速率加快，平衡仍正向移動。增加固體C不影響反應速率，A錯；減小容器體積，則增大壓強，平衡逆向移動，B錯；加入催化劑可加快反應速率，但不影響平衡，C正確。
⑤20～30min、40?50 min是體系的兩個平衡狀態，由題意可知改變溫度使平衡發生移動，40?50 min時的平衡與20～30min時的平衡相比，平衡正向移動，因反應是放熱反應，故降低溫度平衡正向移動，T₁>T₂。
考點：考查蓋斯定律，熱化學方程式書寫，圖像分析，反應速率計算，轉化率計算，化學平衡常數計算，影響化學平衡和化學反應速率因素。