Question

甲烷是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，不僅可制備多種重要有機(jī)產(chǎn)品，還可用于環(huán)境保護(hù)．請回答下列問題：（1）用甲烷催化還原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染．已知：

反應(yīng)過程（2）是    反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”），甲烷還原NO₂生成H₂O（g）、N₂和CO₂時的熱化學(xué)方程式是    ．
（2）工廠利用甲烷與氯氣的反應(yīng)原理制取氯甲烷，為妥善處理氯甲烷生產(chǎn)企業(yè)的副產(chǎn)物CCl₄，以減少其對臭氧層的破壞．化學(xué)家研究在催化條件下，通過下列反應(yīng)：
CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），使CCl₄轉(zhuǎn)化為重要的化工原料氯仿（CHCl₃）（不考慮副反應(yīng)）．
在固定容積為2L的密閉容器中，該反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得如下數(shù)據(jù)：

實驗 序號	溫度℃	初始n（CCl4） （mol）	初始n（H2） （mol）	平衡時n（CHCl3） （mol）
1	110	0.8	1.2
2	110	2	2	1
3	100	1	1	0.6

①此反應(yīng)在110℃時平衡常數(shù)為    ． ②實驗l中，CCl₄的轉(zhuǎn)化率為    ．
③判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)是    （填“放熱”或“吸熱”），理由是    ．
④為提高實驗3中CCl₄的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是    ．
a．使用高效催化劑              b．向容器中再投入1mol CCl₄和1mol H₂
c．溫度升高到200℃d．向容器中再投入1mol HCl       e．向容器中再投入1mol H₂．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)反應(yīng)物和生成物總能量的相對大小來判斷；根據(jù)反應(yīng)過程（1）、反應(yīng)過程（2）寫出對應(yīng)的熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律來解；
（2）①先根據(jù)平衡三部曲計算出各物質(zhì)的平衡濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)的公式計算；
②先根據(jù)①的平衡常數(shù)利用平衡三部曲計算出各物質(zhì)的平衡濃度，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率的公式計算；
③根據(jù)不同溫度下的平衡常數(shù)來判斷；
④根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響來解答．
解答：解：（1）反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，所以反應(yīng)吸熱，故答案為：吸熱；
反應(yīng)過程（1）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+4NO₂（g）=CO₂（g）+4NO（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol  ①，
反應(yīng)過程（2）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+4NO（g）=CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol  ②，
 ①+②得：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2CO₂（g）+2N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol，
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2CO₂（g）+2N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；
（2）①CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），
起始（mol/L ）     1         1        0         0
反應(yīng)（mol/L ）    0.5        0.5      0.5         0.5
平衡（mol/L）     0.5         0.5     0.5         0.5
則平衡常數(shù)為=1，故答案為：1；       
②CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），
起始（mol/L ）  0.4        0.6         0         0
反應(yīng)（mol/L ）   a          a          a         a
平衡（mol/L） 0.4-a       0.6-a        a         a
則平衡常數(shù)為=1，所以a=0.24，則CCl₄的轉(zhuǎn)化率為×100%=60%，故答案為：60%；     
③CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g），
起始（mol/L ）  0.5       0.5         0         0
反應(yīng)（mol/L ）  0.3       0.3         0.3       0.3
平衡（mol/L）   0.2       0.2         0.3       0.3
則平衡常數(shù)為=2.25，
因溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明化學(xué)平衡逆向移動；所以正反應(yīng)放熱，
故答案為：放熱；溫度為100℃時，K=2.25，大于110℃時的平衡常數(shù)，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
④a．使用高效催化劑，平衡不移動，CCl₄的轉(zhuǎn)化率不變，故a錯誤；
b．向容器中再投入1mol CCl₄和1molH₂，根據(jù)等效平衡，化學(xué)平衡不移動，CCl₄的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯誤；
c．溫度升高到200℃，平衡逆向移動，CCl₄的轉(zhuǎn)化率減小，故c錯誤；
d．向容器中再投入1molHCl，平衡逆向移動，CCl₄的轉(zhuǎn)化率減小，故d錯誤；
e．向容器中再投入1molH₂，平衡正向移動，CCl₄的轉(zhuǎn)化率增大，故e錯誤；
故選：e．
點評：本題主要考查了熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡移動，難度不大．