Question

12．（1）現有可逆反應.2NO₂（g）═N₂O₄（g），△H＜0，試根據圖象判斷t₂、t₃、t₄時刻采取的措施．

t₂：增大生成物N₂O₄的濃度；t₃：降低壓強；t₄：加入催化劑．
在80℃時，將0.4mol的四氧化二氮氣體充入2L已抽空的固定容積的密閉容器中，隔一段時間對該容器內的物質進行分析，得到如表數據：

時間（s） C（mol/L）	0	20	40	60	80	100
C（N2O4）	0.20	a	0.10	c	d	e
C（NO2）	0.00	0.12	b	0.22	0.22	0.22

（2）40s時，NO₂的產率是50%．
（3）20s時，N₂O₄的濃度為0.14mol/L，0～20s內N₂O₄的平均反應速率為0.003mol/（L．s）．
（4）在80℃時該反應的平衡常數K值為0.54（保留2位小數）．
（5）在其他條件相同時，該反應的K值越大，表明建立平衡時ABD．
A、N₂O₄的轉化率越高                B、NO₂的產量越大
C、N₂O₄與NO₂的濃度之比越大         D、正反應進行的程度越大
（6）利用甲烷催化還原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）t₂時正反應速率瞬間不變，逆反應速率增大，然后逆反應速率逐漸減小，正反應速率逐漸增大，直至重新達到平衡，說明t₂時加入了加入N₂O₄；
t₃時正逆反應速率瞬間同時減小，且逆反應速率減小的幅度小于正反應速率，即v（正）＜v（逆），平衡向著逆向移動，正反應為氣體體積減小的放熱反應，應是降低溫度；
t₄時刻正逆反應速率同時增大，且相等，改變的條件不影響化學平衡，則說明使用了催化劑；
（2）40s時轉化的N₂O₄為0.2mol/L-0.1mol/L=0.1mol/L，NO₂的產率等于N₂O₄的轉化率；
（3）20s時，NO₂濃度為0.12mol/L，則△c（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$×0.12mol/L=0.06mol/L，20sN₂O₄的濃度=N₂O₄的起始濃度-△c（N₂O₄），根據v=$\frac{△c}{△t}$計算0～20s內N₂O₄的平均反應速率；
（4）平衡時NO₂濃度為0.22mol/L，則c（N₂O₄）=0.2mol/L-$\frac{1}{2}$×0.22mol/L=0.09mol/L，再根據K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$計算平衡常數；
（5）K值越大，說明正反應進行的程度越大；
（6）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
根據蓋斯定律，（①+②）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）．

解答 解：（1）t₂時正反應速率瞬間不變，逆反應速率增大，然后逆反應速率逐漸減小，正反應速率逐漸增大，直至重新達到平衡，說明t₂時加入了加入N₂O₄；
t₃時正逆反應速率瞬間同時減小，且逆反應速率減小的幅度小于正反應速率，即v（正）＜v（逆），平衡向著逆向移動，正反應為氣體體積減小的放熱反應，應是降低溫度；
t₄時刻正逆反應速率同時增大，且相等，改變的條件不影響化學平衡，則說明使用了催化劑，
故答案為：增大生成物N₂O₄的濃度；降低壓強；加入催化劑；
（2）40s時轉化的N₂O₄為0.2mol/L-0.1mol/L=0.1mol/L，NO₂的產率等于N₂O₄的轉化率，則NO₂的產率為$\frac{0.1mol/L}{0.2mol/L}$×100%=50%，
故答案為：50%；
（3）20s時，NO₂濃度為0.12mol/L，則△c（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$×0.12mol/L=0.06mol/L，20sN₂O₄的濃度=0.2mol/L-0.06mol/L=0.14mol/L，0～20s內N₂O₄的平均反應速率為$\frac{0.06mol/L}{20s}$=0.003mol/（L．s），
故答案為：0.14；0.003mol/（L．s）；
（4）平衡時NO₂濃度為0.22mol/L，則c（N₂O₄）=0.2mol/L-$\frac{1}{2}$×0.22mol/L=0.09mol/L，則平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.2{2}^{2}}{0.09}$=0.54，
故答案為：0.54；
（5）K值越大，說明正反應進行的程度越大，則N₂O₄的轉化率越高、NO₂的產量越大，N₂O₄與NO₂的濃度之比越小，
故選：ABD；
（6）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
根據蓋斯定律，（①+②）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867 kJ/mol．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡圖象、反應速率與平衡常數、蓋斯定律應用等，側重考查學生讀圖提取信息能力與知識遷移運用能力，難度中等．