Question

【題目】研究NOx、CO、SO2等大氣污染氣體的治理，對保護環境有重要的意義。回答下列問題：

（1）NOx與CO反應生成無污染氣體的相關熱化學方程式如下：

①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=234.0kJ·mol1

②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=291.8kJ·mol1

反應③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)的ΔH3=___kJ·mol1，有利于提高該反應NO2平衡轉化率的條件是___（填標號）。

A.高溫低壓 B.低溫高壓 C.高溫高壓 D.低溫低壓

（2）在一定溫度下，向2L的恒容密閉容器中充入4.0molNO2和4.0molCO，在催化劑作用下發生反應：2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，測得相關數據如下：

	0min	5min	10min	15min	20min
c(NO2)/mol·L1	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c(N2)/mol·L1	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①其他條件不變，若不使用催化劑，則0~5minNO2的轉化率將___（填“變大”、“變小”或“不變”）。

②以下表述能說明該反應已達到平衡狀態的是___。

A.CO的反應速率為N2的4倍

B.氣體的顏色不再變化

C.化學平衡常數K不再變化

D.混合氣的壓強不再變化

③該溫度下反應的化學平衡常數K=__（保留兩位有效數字）。

④在20min時，保持溫度不變，繼續向容器中再加入2.0molNO2和2.0molN2，則化學平衡__移動（填“正向”、“逆向”或“不”）。

（3）在高效催化劑的作用下用CH4還原NO2，也可消除氮氧化物的污染。

①CH4還原NO2反應的化學方程式為___。

②在相同條件下，選用A、B、C三種不同催化劑進行反應，生成N2的物質的量與時間變化如圖圖1所示，其中活化能最大的是___[Ea(A)、Ea(B)、Ea(C)分別表示三種催化劑下該反應的活化能]。

③在催化劑A作用下，測得相同時間內處理NO2的量與溫度的關系如圖2所示，曲線先增大后減小的可能原因是___。

Answer 1

【答案】-1227.8 B 變小 BD 0.11 逆向 CH4+2NO2CO2+N2+2H2O Ea(C) 低于300℃時，反應未達到平衡，隨溫度升高反應速率加快；高于300℃時，反應達平衡，升溫逆向反應程度更大或高于300℃催化劑活性降低

【解析】

(1)已知：①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=234.0kJ·mol1，②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=291.8kJ·mol1，由蓋斯定律可知：①×4+②可得反應③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，據此計算ΔH3；結合影響平衡的因素分析，判斷能提高NO2平衡轉化率的條件；

(2)①不使用催化劑，反應速率降低；

②根據平衡狀態的特征，達平衡狀態時各組分的物質的量、濃度等不隨時間的改變而改變分析；

③化學平衡常數K等于平衡時生成物濃度冪之積比上反應物濃度冪之積；

④根據Qc與K的相對大小判斷平衡移動的方向；

(3)①CH4還原NO2生成N2、CO2和水；

②活化能最小，則反應速率最快，故氮氣的物質的量改變最快；

③由在催化劑A作用下測得相同時間處理NO2的量與溫度關系圖可知，未達到時升高溫度反應速率加快，而溫度300℃平衡逆向移動。

(1)已知：①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1=234.0kJ·mol1，②4NO(g)2NO2(g)+N2(g) ΔH2=291.8kJ·mol1，由蓋斯定律可知：①×4+②可得反應③2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，則ΔH3=(234.0kJ·mol1)×4+(291.8kJ·mol1)=-1227.8kJ·mol1；該反應是放熱反應，同時也是氣體體積減小的反應，降低溫度，增大壓強，即低溫高壓使平衡正向移動提高該反應NO2的平衡轉化率，故答案為B；

(2)①其他條件不變，若不使用催化劑，反應速率降低，則0~5minNO2的變化物質的量減小，即NO2的轉化率將變小；

②A．隨著反應的進行，CO的反應速率始終為N2的4倍，無法判斷反應是否達到平衡狀態，故A錯誤；

B．反應達平衡前，氣體顏色在變，后來不變了，則NO2的量不隨時間變化而變化，說明反應達到平衡狀態，故B正確；

C．化學平衡常數隨溫度變化而變化，溫度不變，平衡常數K始終不變，則無法說明反應達到平衡狀態，故C錯誤；

D．反應前后氣體總物質的量在變化，在恒溫恒容條件下，當混合氣的壓強不再變化時，說明氣體總物質的量不再變化，此時反應達到平衡狀態，故D正確；

故答案為BD。

③平衡時：

則該溫度下反應的化學平衡常數K===0.11。

④在20min時，保持溫度不變，繼續向容器中再加入2.0molNO2和2.0molN2，此時Qc===0.2＞0.11=K，則化學平衡逆向移動；

(3)①CH4還原NO2生成N2、CO2和水，發生反應的化學方程式為CH4+2NO2CO2+N2+2H2O；

②活化能最大，則反應速率最慢，故氮氣的物質的量改變最慢，由圖可知，活化能最大的是Ea(C)；

③圖中曲線先增大后減小的原因為低于300℃，反應未達到平衡，溫度升高，反應速率加快，而高于300℃，反應已平衡，升溫逆向反應程度更大或高于300℃催化劑活性降低。