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

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

試題分析：(Ⅰ)往充滿NO的試管中充入氧氣并倒扣在水槽，發生的反應是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 。