Question

CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=−867 kJ·mol^－1。該反應(yīng)可用于消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃時，分別將0.50 molCH₄和a molNO₂充入1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，測得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

實驗編號	溫度	時間	0	10	20	40	50
1	130℃	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

 

（1）開展實驗1和實驗2的目的是                                          。

（2）180℃時，反應(yīng)到40min，體系     （填“是”或“否”）達到平衡狀態(tài)，理由是                                                ；CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率為        。

（3）已知130℃時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為6.4，試計算a的值。（寫出計算過程）

（4）一定條件下，反應(yīng)時間t與轉(zhuǎn)化率μ（NO₂）的關(guān)系如圖所示，請在圖像中畫出180℃時，壓強為P₂（設(shè)壓強P₂＞P₁）的變化曲線，并做必要的標(biāo)注。

（5）根據(jù)已知求算：ΔH2=                    。

CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=−574 kJ·mol^－1

CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH2

 

Answer 1

【答案】

（16分）有效數(shù)字錯誤或無單位運算或無作答，總扣1分

（1）研究溫度對該化學(xué)平衡的影響（2分）

（2）是（1分）    溫度升高，反應(yīng)加快，對比實驗1，高溫下比低溫下更快達到平衡狀態(tài)。可確定40min時反應(yīng)已經(jīng)達平衡狀態(tài)（2分）      70%（2分）

（3）          CH₄（g）+2NO₂（g）N₂（g）＋CO₂（g）+2H₂O（g）

起始濃度（mol/L）：  0.5       n             0       0          0

變化濃度（mol/L）：  0.40     0.80           0.40    0.40        0.80

平衡濃度（mol/L）：   0.10    n-0.80          0.40    0.40        0.80  （2分）

則：，解得a＝1.2    

答：a的值為1.2   （2分）

（4）

（2分，無標(biāo)注扣1分）     

（5）−1160kJ/mol（3分）

【解析】

試題分析：（1）控制變量進行探究才能盡快得出合理結(jié)論，依題意可知，實驗1和2的研究目的是溫度對化學(xué)平衡的影響，其他條件保持不變，僅僅反應(yīng)溫度分別為130℃、180℃；（2）130℃時，反應(yīng)到40min時甲烷的物質(zhì)的量保持不變，說明已達平衡，升高溫度，反應(yīng)速率增大，達到平衡的時間縮短，則180℃時，反應(yīng)到40min，體系一定達到平衡狀態(tài)；由于平衡時甲烷的物的量保持不變，讀表可知平衡時甲烷為0.15mol，由于起始時甲烷為0.50mol，則甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率=(0.50—0.15)mol/0.50mol×100%=70%；（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，130℃時：

                 CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)

起始濃度（mol/L）  0.5     n         0     0       0

變化濃度（mol/L）  0.4    0.8        0.4   0.4      0.8

平衡濃度（mol/L）  0.1   n—0.8      0.4   0.4      0.8

則130℃時該反應(yīng)的K=[c(N₂)×c(CO₂)×c²(H₂O)]/[c(CH₄)×c²(NO₂)]=（0.4×0.4×0.8²）/[0.1×(n—0.8）²]=6.4， 解得：n=1.2；

（4）180℃、P₁變?yōu)?80℃、P₂，就是增大壓強，則反應(yīng)速率增大，平衡左移，二氧化氮的平衡轉(zhuǎn)化率減小，因為正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)；畫圖要點為：①起點與180℃、P₁時相同；②未達平衡前，180℃、P₂時曲線位于180℃、P₁時曲線的左邊；③180℃、P₂時達到平衡的時間小于180℃、P₁時；④平衡時，180℃、P₂時曲線位于180℃、P₁時曲線的下邊；

（5）CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=−867 kJ·mol^－1，由于系數(shù)加倍焓變也加倍，則2CH₄(g)+4NO₂(g)2N₂(g)+2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=−2×867 kJ·mol^－1，由于CH₄(g)+4NO₂(g) 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH1=−574 kJ·mol^－1，根據(jù)蓋斯定律，前者減去后者可得CH₄(g)+4NO(g) 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，且焓變等于−1160kJ/mol，故ΔH2=−1160kJ/mol。

考點：考查化學(xué)反應(yīng)原理大題，涉及控制變量實驗、溫度對化學(xué)平衡的影響、平衡轉(zhuǎn)化率的計算、根據(jù)平衡常數(shù)求反應(yīng)物的起始量、壓強對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響圖像、蓋斯定律、熱化學(xué)方程式等。