Question

【題目】甲烷是一種重要的基礎化工原料，不僅可制備多種重要有機產品，還可用于環境保護。請回答下列問題：

（1）用甲烷催化還原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染。已知：

反應過程（2）是__反應（填“放熱”或“吸熱”），甲烷還原NO2生成H2O(g)、N2和CO2時的熱化學方程式是__。

（2）工廠利用甲烷與氯氣的反應原理制取氯甲烷，為妥善處理氯甲烷生產企業的副產物CCl4，以減少其對臭氧層的破壞。化學家研究在催化條件下，通過下列反應：CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)，使CCl4轉化為重要的化工原料氯仿(CHCl3)（不考慮副反應）。在固定容積為2L的密閉容器中，該反應達到平衡后，測得如下數據：

實驗 序號	溫度℃	初始n(CCl4)( mol)	初始n(H2)( mol)	平衡時n(CHCl3)( mol)
1	110	0.8	1.2
2	110	2	2	1
3	100	1	1	0.6

①此反應在110℃時平衡常數為___。

②實驗l中，CCl4的轉化率為__。

③判斷該反應的正反應是__（填“放熱”或“吸熱”），理由是__。

④為提高實驗3中CCl4的轉化率，可采取的措施是__。

a.使用高效催化劑

b.向容器中再投入1molCCl4和1molH2

c.溫度升高到200℃

d.向容器中再投入1molHCl

e.向容器中再投入1molH2

Answer 1

【答案】吸熱 2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g)△H=-1734kJ/mol 1 60% 放熱 溫度為100℃時，K=2.25，大于110℃時的平衡常數，說明升高溫度，反應逆向移動，則該可逆反應的正反應為放熱反應 e

【解析】

（2）涉及化學平衡常數的計算，根據化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不變，據此進行計算分析。

（1）由反應過程（2）圖可知，反應物總能量小于生成物總能量，所以反應過程（2）吸熱；由反應過程（1）圖可知，反應過程（1）的熱化學方程式：CH4(g)+4NO2(g)=CO2(g)+4NO(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol①，由反應過程（2）圖可知，反應過程（2）的熱化學方程式：CO2(g)+N2(g)+H2O(g) =CH4(g)+2NO(g) △H=+580kJ/mol②，得：2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g) △H=。故答案為：吸熱；2CH4(g)+4NO2(g)=2CO2(g)+2N2(g)+4H2O(g) △H=-1734kJ/mol；

（2）①利用“三段式”進行計算：

由表中數據可知，110℃時，c(CHCl3)=，由題有：

則平衡常數K=，故答案為：1；

②由表中數據可知，實驗1和實驗2溫度相同，則二者的化學平衡常數也相同，由題有：初始c(CCl4)=，c(H2)=。設CCl4的轉化率為a，則：

則平衡常數，解得：a=0.6，故答案為：60%；

③由表中數據可知，在100℃時，c(CCl4)=，c(H2)=，平衡時c(CHCl3)=，利用“三段式”計算如下：

則平衡常數K=＞1，即溫度為100℃時，K=2.25，大于110℃時的平衡常數，說明升高溫度，反應逆向移動，則該可逆反應的正反應為放熱反應。故答案為：放熱；溫度為100℃時，K=2.25，大于110℃時的平衡常數，說明升高溫度，反應逆向移動，則該可逆反應的正反應為放熱反應；

④a．使用高效催化劑，平衡不移動，CCl4的轉化率不變，a項錯誤；

b．向容器中再投入1molCCl4和1molH2，根據等效平衡，化學平衡不移動，CCl4的轉化率不變，b項錯誤；

c．溫度升高到200℃，平衡逆向移動，CCl4的轉化率減小，c項錯誤；

d．向容器中再投入1molHCl，平衡逆向移動，CCl4的轉化率減小，d項錯誤；

e．向容器中再投入1molH2，平衡正向移動，CCl4的轉化率增大，e項正確；

答案選：e。