Question

近幾年來，我國中東部地區(qū)陷入嚴(yán)重的霧霾天氣，面對全球近期的氣候異常，環(huán)境問題再次成為焦點．非金屬氧化物的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑之一．請運用化學(xué)反應(yīng)原理知識，回答下列問題：
目前，消除氮氧化物污染有多種方法．
（1）用CH₄催化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═-1160．mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（Ⅰ）△H=-44.0kJ．mol^-1寫出CH₄（g）與NO₂（g）反應(yīng)生成N₂（g），CO₂（g）和H₂O（l）H₂O的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關(guān)反應(yīng)為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）某研究小組向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度（mol/L） 時間（min）	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
②30min后改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是

 

．
③若30min后升高溫度重新達(dá)到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應(yīng)△H

 

0（填“＜”“＞”“=”）．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)焓變；
（2）①20min-30min反應(yīng)達(dá)到平衡，圖表中平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)的概念計算得到；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)變化分析，30min末一氧化氮和二氧化碳濃度減小，氮氣濃度增大，結(jié)合計算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷；改變的條件可能是減小二氧化碳濃度；
③根據(jù)濃度比值的變化來確定移動方向．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-l
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂ O（g）△H=-1160kJ?mol^-l
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-l
依據(jù)蓋斯定律計算[①+②+③×4]×

1

2

得到CH₄（g）與NO₂（g）反應(yīng)生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
（2）①20-30min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g），各物質(zhì)的平衡濃度為：c（CO₂）=c（N₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L，反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=

c(CO 2)c(N 2)

c 2(NO)

=

0.3×0.3

0．42

=0.56，故答案為：0.56；
②30min時改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡時c（N₂）=0.34mol/L；c（CO₂）=0.17mol/L；c（NO）=0.32mol/L；則平衡常數(shù)K=

c(CO 2)c(N 2)

c 2(NO)

=

0.34×0.17

0.32 2

=0.56，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以減小二氧化碳濃度，平衡正向進行的結(jié)果，故答案為：減小二氧化碳濃度；
③30min時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，故答案為：＜．

點評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動的影響因素等，側(cè)重考查學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析處理，題目難度中等．