Question

17．汽車尾氣是城市的主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣成為保護(hù)環(huán)境的首要任務(wù)．
（1）汽車內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+O₂（g）2NO（g），是導(dǎo)致汽車尾氣中含有NO的原因之一．T℃時(shí)，向5L密閉容器中充入6.5molN₂和7.5molO₂，在5min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容器中NO的物質(zhì)的量是5mol．
①5min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率υ （NO）=0.2mol/（L•min）；在T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)
K=1.25．
②反應(yīng)開始至達(dá)到平衡的過程中，容器中下列各項(xiàng)發(fā)生變化的是cd（填序號(hào)）．
a．混合氣體的密度         b．混合氣體的壓強(qiáng)
c．正反應(yīng)速率             d．單位時(shí)間內(nèi)，N₂和NO的消耗量之比
（2）H₂或CO可以催化還原NO以達(dá)到消除污染的目的．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
則H₂（g）與NO（g）反應(yīng)生成N₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式是2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol．
（3）當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．如圖表示在其他條件不變時(shí)，反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）中NO的濃度[c（NO）]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線．
①該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（NO）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）①利用三段法“開始 變化 平衡”列出各組分?jǐn)?shù)據(jù)，代入化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
②a．混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，據(jù)此判斷；
b．混合氣體總的物質(zhì)的量不變，容器體積不變，據(jù)此判斷；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度降低，正反應(yīng)速率逐漸降低；
d．隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度降低，正反應(yīng)速率逐漸降低，生成物的濃度增大，逆反應(yīng)速率增大，故單位時(shí)間內(nèi)，N₂的消耗量減小，NO的消耗量增大；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（3）①根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間，判斷溫度高低，再根據(jù)不同溫度下到達(dá)平衡時(shí)NO的濃度高低，判斷溫度對(duì)平衡的影響，據(jù)此判斷反應(yīng)熱效應(yīng)；
②催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達(dá)平衡的時(shí)間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)NO的濃度相同，據(jù)此作圖．

解答 解：（1）①T℃時(shí)，向 5L密閉容器中充入6.5molN₂和7.5molO₂，在5min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容器中NO的物質(zhì)的量是5mol，
由題中所給數(shù)據(jù)可知：
                             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始濃度（mol•L^-1）1.3      1.5              0
轉(zhuǎn)化濃度（mol•L^-1）0.5      0.5             1.0
平衡濃度（mol•L^-1）0.8      1.0             1.0
則υ（NO）=$\frac{1.0mol/L}{5min}$=0.2mol/（L•min），K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{{1}^{2}}{0.8×1.0}$=1.25，
故答案為：0.2mol/（L•min）；1.25；
②a．混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度不變，故a不符合；
b．混合氣體總的物質(zhì)的量不變，容器體積不變，混合氣體的壓強(qiáng)不變，故b不符合；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度降低，正反應(yīng)速率逐漸降低，故c符合；
d．隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度降低，正反應(yīng)速率逐漸降低，生成物的濃度增大，逆反應(yīng)速率增大，故單位時(shí)間內(nèi)，N₂的消耗量減小，NO的消耗量增大，單位時(shí)間內(nèi)，N₂和NO的消耗量之比減小，故d符合；
故答案為：cd；
（2）①已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律可知②-①得：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H，
△H=（-571.6kJ/mol）-180.5kJ/mol═-752.1kJ/mol；由于正反應(yīng)放熱（△H＜0），且正反應(yīng)方向氣體體積減小，為熵減小的方向，即△S＜0，△H-T•△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，所以T較小才可以，即低溫下自發(fā)，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol；
（3）①溫度T₂到達(dá)平衡的時(shí)間短，反應(yīng)速率快，故溫度T₂＞T₁，溫度越高，平衡時(shí)NO的濃度越高，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；
②催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達(dá)平衡的時(shí)間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)NO的濃度相同，故c（NO） 在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡圖象以及熱化學(xué)方程式的書寫等，（3）中注意根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”原則判斷溫度高低是關(guān)鍵，作圖時(shí)注意到達(dá)平衡的時(shí)間與平衡時(shí)NO的濃度，難度不大．