Question

氮及其化合物與人類各方面有著密切的聯系。Ⅰ現有一支15mL的試管，充滿NO倒置于水槽中，向試管中緩緩通入一定量氧氣，當試管內液面穩(wěn)定時，剩余氣體3mL。則通入氧氣的體積可能為                 mL。

Ⅱ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

②CH₄(g)+4NO(g)= 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H=-1160kJ/mol

③H₂O(g)= H₂O(l)                      △H=-44kJ/mol

寫出CH₄(g)與NO₂(g)反應生成N₂(g) 、CO₂(g)和H₂O(l)的熱化學方程式                            。  

（2）用活性炭還原法處理氮氧化物，有關反應為：

某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T⁰C)條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

①不能作為判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的依據是_______ ；（選填字母代號）

A．容器內CO₂的濃度保持不變

B．v_正(N₂)=2 v_正(NO)

C．容器內壓強保持不變

D．混合氣體的密度保持不變

E．混合氣體的平均相對分子質量保持不變

②前20分鐘，平均反應速率v(NO)=                       。v(NO)=（0．1- 0．04）/ 20 = 0．003mol·L^-1· min^-1

③在T⁰C時，該反應的平衡常數為_______(保留兩位小數)；

④在30 min，改變某一條件反應重新達到平衡，則改變的條件是_______                       。

（3）科學家正在研究利用催化技術將超音速飛機尾氣中的NO和CO轉變成CO₂和N₂,其反應為：

研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學反應速率。為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在下表中。

實驗編號	T(0C)	NO初始濃度 （mol/L）	CO初始濃度 （mol/L）	催化劑的比 表面積(m2/g)
Ⅰ	280	1．20×10-3	5．80×10-3	82
Ⅱ	a	b	c	124
Ⅲ	350	d	e	124

 

上表中：a=_______,b=________,e=________ 。

 

Answer 1

【答案】

 

Ⅰ：9ml或14.25ml

Ⅱ：（1） CH₄(g)+2NO₂(g)= N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(l)  △H=-955 kJ/mol

（2）①BC ②0.003mol·L^-1· min^-1  ③0.56  ④減小CO₂ 的濃度

（3）a=280℃  b= 1.20×10^-3  e=5.80×10^-3

【解析】

試題分析：(Ⅰ)往充滿NO的試管中充入氧氣并倒扣在水槽，發(fā)生的反應是4NO + 3O₂ +2H₂O = 4HNO₃，最終剩余的氣體可能是NO或O2；所以設氧氣體積總共為X，

  則①剩余氧氣3ml時，4NO + 3O₂ +2H₂O = 4HNO₃      ②剩余NO 3ml時，4NO + 3O₂ +2H₂O = 4HNO₃ 

                       4：   3                           4  ：3              

                      15ml    X                                    15ml   X

              X=15×3/4 + 3 =14．25ml                          X=(15－3)×3/4  =9ml

(Ⅱ) （1） 據已知方程式可知目標方程式可以由方程式（①＋②+③×4）÷2 得

CH₄(g)+2NO₂(g)= N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(l)，而△H=（△H₁+△H₂+4×△H₃）÷2= -955 kJ/mol

（2）在反應C(s)+2NO(g)= N₂(g)+CO₂(g)中，要判斷是否達到平衡，要找變量，變量不變則達到平衡。容器內CO₂的濃度是變量，保持不變時說明達到平衡，A正確；v_正(N₂)=2 v_正(NO)表示的都是正反應的速率關系，不能說明正逆反應速率相等，所以不能判斷平衡，B錯誤；反應方程式的前后系數相等，所以容器內壓強隨著反應保持不變，所以不能判斷平衡，C錯誤；密閉容器是恒容，容器內總質量不變，但由于有固體參加，混合氣體的質量是個變量，據ρ＝m_氣/V知，當氣體質量不變時，混合氣體的密度保持不變，此時反應達到平衡，D正確；  同樣混合氣體的質量是個變量，據M=m_氣/n_氣 知，M也是個變量，當M保持不變時達到平衡，E正確。故選BC。

（3）v(NO)=（0．1- 0．04）mol·L^-1/ 20min = 0．003mol·L^-1· min^-1

據表格數據可知，當反應達到20min時，各物質濃度不再變化反應達到第一次平衡，平衡常數

K=C(N₂)·C(CO₂)/ C²(NO)=0．03²/0．04² =0．56 ；反應在40min時，各物質濃度發(fā)生變化，且C(CO₂)濃度減小最多，平衡往正反應方向移動，所以改變的條件是減小CO₂ 的濃度。

（4）實驗要驗證的是溫度、催化劑的比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，所以對比試驗要控制變量，所以a=280℃  b= 1．20×10^-3  e=5．80×10^-3 。

考點：本題考查的是氮氧化物的計算、反應與能量計算、反應速率和平衡和常數的計算以及影響因素，考查的計算各種各樣，綜合能力強。