Question

2013年10月9日，2013年諾貝爾化學獎在瑞典揭曉，猶太裔美國理論化學家馬丁?卡普拉斯、美國斯坦福大學生物物理學家邁克爾?萊維特和南加州大學化學家亞利耶?瓦謝爾因給復雜化學體系設計了多尺度模型而分享獎項．三位科學家的研究成果已經應用于廢氣凈化及植物的光合作用的研究中，并可用于優(yōu)化汽車催化劑、藥物和太陽能電池的設計．汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
（1）同一條件下該反應正反應的平衡常數為K₁，逆反應的表達式平衡常數為K₂，K₁與K₂的關系式

 

．
（2）若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號）．

（3）在體積為10L的密閉容器中，加入一定量的CO₂和H₂，在900℃時發(fā)生吸熱反應并記錄前5min各物質的濃度，第6min改變了條件．各物質的濃度變化如下表；

時間/min	CO2（mol/L）	H2（mol/L）	CO（mol/L）	H2O（mol/L）
0	0.2000	0.3000	0	0
2	0.1740	0.2740	0.0260	0.0260
5	0.0727	0.1727	0.1273	0.1273
6	0.0350	0.1350	0.1650

①前2min，用CO表示的該化學反應的速率為

 

；
②第5-6min，平衡移動的可能原因是

 

；
（4）直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題．煤燃燒產生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學方程式：

 

．
（5）在一定條件下，可以用NH₃處理NO_x．已知NO與NH₃發(fā)生反應生成N₂和H₂O，現有NO和NH₃的混合物1mol，充分反應后得到的還原產物比氧化產物多1.4g，則原反應混合物中NO的物質的量可能是

 

．
（6）在一定條件下，也可以用H₂可以處理CO合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及許多烴類物質．當兩者以物質的量1：1催化反應，其原子利用率達100%，合成的物質可能是

 

．
a．汽油        b．甲醇            c．甲醛            d．乙酸．

Answer 1

考點：化學平衡常數的含義,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）同一可能反應在相同溫度下的平衡常數互為倒數；
（2）a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
b、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數不變，結合反應熱判斷隨反應進行容器內溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數的影響；
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，最后不再變化；
d、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（3）①依據化學反應速率概念計算V=

△c

△t

計算得到；
②第5～6min之間，生成物的濃度增大，反應物濃度減小，平衡正向進行；
（4）依據熱化學方程式和 蓋斯定律計算；
（5）反應的方程式為：6NO+4NH₃=5N₂+6H₂O，根據化合價的變化判斷電子轉移的方向和數目，根據化學方程式以及經還原得到的N₂比經氧化得到的N₂多1.4g，利用討論法計算原反應混合物中NO與NH₃的物質的量；
（6）原子利用率達100%，即產物只有一種，故該反應為化合反應．再根據質量守恒定律進行判斷．

解答： 解：（1）2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
同一條件下該反應正反應的平衡常數為K₁，逆反應的表達式平衡常數為K₂，二者互為倒數，則K₁與K₂的關系式K₁=K₂^-1，
故答案為：K₁=K₂^-1；
（2）a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故a錯誤；
b、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數不變，為最小，圖象與實際符合，故b正確；
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、NO的質量分數為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（3）①前2min，用CO表示的該化學反應的速率=

0.026mol/L

2min

=0.0130mol/L?min，故答案為：0.0130mol/（L?min）；
②第5-6min，反應物濃度減小，生成物一氧化碳難度增大，說明平衡正向進行，反應是吸熱反應，平衡移動的可能原因是降低溫度，或減少水蒸氣的濃度，
故答案為：升高溫度或減小H₂O的濃度；
（4）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律計算①-②-③×2得到CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-722.1kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-722.1kJ/mol；
（5）反應的方程式為：6NO+4NH₃=5N₂+6H₂O，6molNO還原得到3molN₂，4molNH₃，氧化得到2molN₂，兩者相差1molN₂，現相差1.4g，物質的量=

1.4g

28g/mol

=0.05mol，
相當于0.3molNO和0.2molNH₃反應，
依題意NO和NH₃的總物質的量為1mol，其中必有一種為過量，
所以有兩種情況：0.3molNO和0.7molNH₃或0.2molNH₃和0.8molNO，
故答案為：0.3mol或0.8mol；
（6）原子利用率達100%，即產物只有一種，故該反應為化合反應．CO和H₂在一定條件下按照1：1催化反應，則生成物質的化學式可化為形式（CO）_n（H₂）_n，甲醛（CH₂O）可變?yōu)椋–O）₁（H₂）₁，乙酸（C₂H₄O₂）可變?yōu)椋–O）₂（H₂）₂，所以可能是甲醛或乙酸等，
故答案為：cd．

點評：本題考查化學反應速率、化學平衡影響因素分析判斷，熱化學方程式書寫，“綠色化學”，即反應物中的原子利用率達到100%的理解應用，氧化還原反應定量計算，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．