Question

【題目】碳、氮及其化合物在生產生活中有著重要作用。請回答下列問題:

（1）用CH4 催化還原NOx 可以消除氮氧化物的污染。例如:

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。

若2 mol CH4 還原NO2 至N2，整個過程中放出的熱量為1 734 kJ，則ΔH2=____。

（2）據報道，科學家在一定條件下利用Fe2O3與甲烷反應可制取“納米級”的金屬鐵。其反應為Fe2O3(s) + 3CH4(g)2Fe(s) + 3CO(g) +6H2(g) ΔH>0。

①若該反應在恒溫恒壓容器中進行，能表明該反應達到平衡狀態的是____(填字母)。

a.CH4的轉化率等于CO的產率

b.混合氣體的平均相對分子質量不變

c.v(CO)與v(H2#)的比值不變

d.固體的總質量不變

②該反應達到平衡時某物理量隨溫度的變化如圖所示，當溫度由T1升高到T2時，平衡常數KA___KB(填“>”、“<”或“=”)。縱坐標可以表示的物理量有哪些___________。

a.H2的逆反應速率

b.CH4的體積分數

c.混合氣體的平均相對分子質量

（3）若向20 mL 0.01 mol·L-l的弱酸HNO2溶液中逐滴加入一定濃度的燒堿溶液，測得混合溶液的溫度變化如圖所示，下列有關說法正確的是____(填字母)。

a.該燒堿溶液的濃度為0.02 mol·L-1

b.該燒堿溶液的濃度為0.01 mol·L-1

c.HNO2的電離平衡常數:b點>a點

d.從b點到c點，混合溶液中一直存在:c(Na+)>c(NO2－)>c(OH-)>c(H+)

Answer 1

【答案】 -1160 kJ·mol-1 bd < bc bc

【解析】（1）若2 mol CH4 還原NO2 至N2，整個過程中放出的熱量為1 734 kJ，熱化學方程式：CH4(g) + 2NO2(g) N2(g)+CO2(g) + 2H2O(g)　ΔH=-867 kJ·mol-1；由蓋斯定律可得：(ΔH1+ΔH2)/2=ΔH，代入數據：(-574 kJ·mol-1+ΔH2)/2=-867 kJ·mol-1，ΔH2= -1160 kJ·mol-1。

（2）①在恒溫恒壓容器中反應為：Fe2O3(s) + 3CH4(g)2Fe(s) + 3CO(g) +6H2(g)　ΔH>0。a.CH4的轉化率等于CO的產率，表示同方向轉化與生成，無法判斷，a錯誤；b.由方程式可知，混合氣體的平均相對分子質量是變量，一定條件下變量不變，說明反應達到新平衡，b正確； c.v(CO)與v(H2)的比值恒定，且沒有指明方向，不能作為判斷是否達到平衡的依據，c錯誤；d.反應前后固體的總質量是變量，一定條件下變量不變，說明反應達到新平衡，d正確；故bd正確。

②該反應的正反應是吸熱反應，溫度升高，平衡右移，由K表達式可知，KA<KB；溫度升高，正、逆反應速率均增大，故a錯誤；溫度升高，平衡右移，CH4的體積分數減小，故b正確；溫度升高，平衡右移，極值分析可知，假設起始3mol氣體全部為甲烷，相對分子質量為16，全部右移動生成3molCO和6molH2，平衡平均對摩爾質量=(3mol×28g/mol+6mol×2g/mol)/9mol==10.67g/mol，故c正確；選bc。

（3）由圖所示，b點溫度最高，說明酸堿恰好完全反應，n(HNO2)=n(NaOH)，c(NaOH)= 20 mL ×0.01 mol·L-l/20 mL=0.01 mol·L-1，故a錯誤，b正確；由a點到b點，反應溫度升高，平衡右移，電離平衡常數增大，b點電離平衡常數大于a點，故c正確；從b點到c點，可能出現c(OH-)大于c(NO2－)，故d錯誤；選bc。