Question

【題目】2018年春節，京津冀及周邊區域遭遇“跨年”霧霾，二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物這三項是霧霾主要組成，消除氮氧化物污染是研究方向之一。

（1）用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：

① H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－A kJ·mol-1

② 2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋4NO(g) ΔH＝+B kJ·mol-1

③ CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－C kJ·mol-1

請寫出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：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。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。下列說法能作為判斷該反應達到化學平衡狀態標志的是_____________。

A．活性炭的質量 B．v正(N2)＝2v逆(NO)

C．容器內壓強保持不變 D．容器內混合氣體的密度保持不變

E．容器內混合氣體的平均相對分子質量保持不變 F．容器內CO2的濃度保持不變

Answer 1

【答案】 CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－（4A+B+C）/2kJ·mol-1 ADEF

【解析】（1）根據蓋斯定律計算反應熱，然后書寫熱化學方程式；

（2）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，據此判斷。

（1）已知：

① H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－A kJ·mol-1

② 2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋4NO(g) ΔH＝+B kJ·mol-1

③ CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－C kJ·mol-1

根據蓋斯定律可知（③－②+①×4）/2即得到CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的熱化學方程式為CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－（4A+B+C）/2 kJ·mol-1；

（2）A．活性炭的質量說明正逆反應速率相等，達到平衡狀態，A正確；B．v正(N2)＝2v逆(NO)不滿足反應速率之比是化學計量數之比，反應沒有達到平衡狀態，B錯誤；C．反應前后體積，壓強始終不變，則容器內壓強保持不變不能說明反應達到平衡狀態，C錯誤；D．密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中容積始終是不變的，但質量是變化的，則容器內混合氣體的密度保持不變說明反應達到平衡狀態，D正確；E．混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，物質的量不變，但質量是變化的，所以容器內混合氣體的平均相對分子質量保持不變說明反應達到平衡狀態，E正確；F．容器內CO2的濃度保持不變說明反應達到平衡狀態，F正確。答案選ADEF。