Question

研究化學(xué)反應(yīng)，不僅要關(guān)注反應(yīng)的速率、方向性，還要關(guān)注反應(yīng)進(jìn)行的限度以及反應(yīng)過程中的能量變化．
（1）已知298K時(shí)：①Cl-Cl→2Cl△H=+akJ?mol^-1；
②2H→H-H△H=-bkJ?mol^-1；
③Cl+H→HCl△H=-ckJ?mol^-1
寫出H₂在Cl₂中燃燒的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）已知CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，向一個(gè)2L的密閉容器中通入0.5molCH₄和一定量的NO₂，分別在130℃和180℃下反應(yīng)，n（CH₄）隨時(shí)間變化如表所示：

	0	1min	2min	4min	5min
130℃	0.50mol	0.35mol	0.25mol	0.10mol	0.10mol
180℃	0.50mol	0.30mol	0.18mol		0.15mol

則：①130℃時(shí)，前2min的反應(yīng)速率v（H₂O）=

 

②180℃時(shí)，反應(yīng)到4min，體系

 

（填“是”或“否”）到達(dá)平衡狀態(tài)，理由是

 

．
③在某溫度下，反應(yīng)過程中c（N₂）隨時(shí)間變化如圖所示．在5min時(shí)升高溫度，在第8min達(dá)到新的平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為70%，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出5-9min時(shí)c（N₂）的變化曲線．
（3）某低溫脫硝技術(shù)可用于處理廢氣中的氮氧化物，其反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c2(N2)?c2(H2O)

c2(NH3)?c(NO)?c(NO2)

，且升高反應(yīng)溫度，K值變�。畡t：
①該反應(yīng)的逆反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行

 

（填“能”或“不能”），判斷依據(jù)是

 

．
②在180℃時(shí)該反應(yīng)的催化劑活性最高，在不改變溫度的情況下，能提高氮氧化物處理率的措施有

 

．（寫出兩個(gè)）

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,焓變和熵變,物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)熱△H=（斷鍵吸收的熱量-成鍵放出的熱量）KJ/mol來計(jì)算；
（2）①根據(jù)v=

△C

△t

來進(jìn)行計(jì)算；
②根據(jù)溫度對(duì)反應(yīng)速率和平衡的影響來判斷；
③根據(jù)升溫，平衡左移，得出c（N₂）的濃度得在0.2mol/L的基礎(chǔ)上下降，根據(jù)在第8min達(dá)到新的平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為70%，得出氮?dú)獾钠胶鉂舛�，從而畫出圖象．
（3）①通過平衡常數(shù)的表達(dá)式寫出反應(yīng)方程式，通過吉布斯自由能來判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行；
②提高氮氧化物處理率，即使平衡右移，可以通過改變壓強(qiáng)或增大氨氣的濃度來實(shí)現(xiàn)．

解答： 解：（1）根據(jù)H₂在Cl₂中燃燒的化學(xué)方程式：H₂ +Cl₂ =2HCl可知，斷鍵吸收的熱量為（a+b）KJ/mol，成鍵吸收的熱量為2CKJ/mol，故熱化學(xué)方程式為：
H₂（g）+Cl₂ （g）=2HCl（g）△H=斷鍵吸收的熱量-成鍵放出的熱量=（a+b-2c）KJ/mol，
故答案為：H₂（g）+Cl₂ （g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）KJ/mol
（2）①根據(jù)表中信息可知，△n（CH₄）=0.25mol，根據(jù)物質(zhì)的量的該變量之比等于計(jì)量數(shù)之比可知，△n（H₂O）=0.5mol，△C（H₂O）=0.25mol/L，即根據(jù)可知：
v（H₂O）=

0.25mol/L

2L

=0.125mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.125mol?L^-1?min^-1
②對(duì)比實(shí)驗(yàn)1知，4min時(shí)該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)．因?yàn)闇囟仍礁�，反�?yīng)速率越大，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間越短，所以40時(shí)實(shí)驗(yàn)2已經(jīng)達(dá)平衡狀態(tài)．
故答案為：是；溫度升高，加快f反應(yīng)速率，對(duì)比實(shí)驗(yàn)1，高溫下比低溫下更快達(dá)到平衡狀態(tài)．故可確定4min時(shí)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)平衡狀態(tài)；
③從反應(yīng)可知，升溫，平衡左移，得出c（N₂）的濃度得在0.2mol/L的基礎(chǔ)上下降，根據(jù)在第8min達(dá)到新的平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為70%，可知△n（CH₄）=0.35mol，根據(jù)物質(zhì)的量的改變量之比等于計(jì)量數(shù)之比，可知△n（N₂）=0.35mol，即達(dá)平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛葹镃（N₂）=0.175mol/L，即圖象的起點(diǎn)為0.2mol/L，重點(diǎn)為8min時(shí)的0.175mol/L，答案如圖所示：，
故答案為：；
（3）①通過化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

c2(N2)?c2(H2O)

c2(NH3)?c(NO)?c(NO2)

可知，化學(xué)方程式為：2NH₃ +NO+NO₂ ?2N₂+2H₂O，由于升高反應(yīng)溫度，K值變小，即正反應(yīng)△H＜0，故逆反應(yīng)的△H＞0，△S＜0，則△G=△H-T?△S＞0，故反應(yīng)非自發(fā)，故答案為：不能，逆反應(yīng)的△H＞0，△S＜0，則△G=△H-T?△S＞0，故反應(yīng)非自發(fā)．
②通過對(duì)題意的分析，可知在催化劑活性最高，在不改變溫度的情況下提高氮氧化物處理率，即使平衡右移，可以通過減小壓強(qiáng)或增大氨氣的濃度來實(shí)現(xiàn)．
故答案為：減小壓強(qiáng)、增大氨氣的濃度．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了熱化學(xué)方程式的書寫、反應(yīng)速率的求算、平衡的移動(dòng)和圖象問題，綜合性較強(qiáng)，難度較大．