Question

4．近年我國(guó)汽車(chē)擁有量呈較快增長(zhǎng)趨勢(shì)，汽車(chē)尾氣已成為重要的空氣污染物．回答下列問(wèn)題：
（1）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)引起反應(yīng)：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），是導(dǎo)致汽車(chē)尾氣中含有NO的原因之一．2 000 K時(shí)，向容積為2 L的密閉容器中充入2 mol N₂與2 mol O₂，發(fā)生上述反應(yīng)，經(jīng)過(guò)5 min達(dá)到平衡，此時(shí)容器內(nèi)NO的體積分?jǐn)?shù)為0.75%，則該反應(yīng)在5 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（O₂）=0.0015mol•L^-1•min^-1，N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為0.75%，2 000 K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.25×10^-4；
（2）一定量NO發(fā)生分解的過(guò)程中，NO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示．
①反應(yīng)2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）為放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）；
②一定溫度下，能夠說(shuō)明反應(yīng)2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）已達(dá)到平衡的是c（填序號(hào)）；
a．容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化　　　　　　　　
b．混合氣體的密度不發(fā)生變化
c．NO、N₂、O₂的濃度保持不變　　　　　
d．單位時(shí)間內(nèi)分解4mol NO，同時(shí)生成2molN₂
③在四個(gè)容積和溫度均完全相同的密閉容器中分別加入下列物質(zhì)，相應(yīng)物質(zhì)的量（mo1）如表所示．相同條件下達(dá)到平衡后，N₂的體積分?jǐn)?shù)最大的是D（填容器代號(hào)）；

容器代號(hào)	NO	N2	O2
A	2	0	0
B	0	1	1
C	0.4	0.6	0.8
D	1	0.5	0.4

（3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用稀薄燃燒時(shí)，尾氣中的主要污染物為NO_x，可用CH₄催化還原NO₂消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
①寫(xiě)出CH₄與NO反應(yīng)生成N₂、CO₂、H₂O（g）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
②使用催化劑可以將汽車(chē)尾氣的主要有害成分一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO_x）轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
c（初）    1            1              0
c（變）    x             x             2x
c（平）   1-x         1-x           2x
所以$\frac{2x}{2}$=0.0075，解之得x=0.0075mol，由此數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)公計(jì)算求解；
（2）①由圖可知T₂大于T₁，而溫度越高一氧化氮的轉(zhuǎn)化率越小，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
③A將一氧化氮完全轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂脱鯕猓�相�?dāng)于投氮?dú)夂脱鯕舛际?mol，所以A和B是同一平衡，而C用極端相當(dāng)于投氮?dú)?.8mol和1mol的氧氣，所以C相當(dāng)在A和B平衡的基礎(chǔ)上減少氮?dú)獾牧�，平衡逆向移�?dòng)，所以氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)減小，D用極端轉(zhuǎn)化相當(dāng)于投氮?dú)?mol和0.8mol的氧氣，所以D相當(dāng)在A和B平衡的基礎(chǔ)上減少氧氣的量，平衡逆向移動(dòng)，所以氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)最大；
（3）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1；②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1；而CH₄與NO反應(yīng)生成N₂、CO₂、H₂O（g）的反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律可知：△H=2②-①=-867×2+574═-1160kJ/mol，由此書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
②一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO_x）轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體，即二氧化碳和氮?dú)�，由此�?shū)寫(xiě)化學(xué)方程式．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
c（初）    1            1              0
c（變）    x             x             2x
c（平）   1-x         1-x           2x
所以$\frac{2x}{2}$=0.0075，解之得x=0.0075mol；則該反應(yīng)在5 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（O₂）=$\frac{0.0075}{5}$=0.0015mol•L^-1•min^-1，N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.0075}{1}×100%$=0.75%，2 000 K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{（2×0.0075）^{2}}{（1-0.0075）^{2}}$=2.25×10^-4，
故答案為：0.0015；   0.75%； 2.25×10^-4；
（2）①由圖可知T₂大于T₁，而溫度越高一氧化氮的轉(zhuǎn)化率越小，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②a．兩邊計(jì)量數(shù)相等，容器內(nèi)的壓強(qiáng)一直不發(fā)生變化，故錯(cuò)誤；　　　　　　　　
b．混合氣體的密度一直不發(fā)生變化，故錯(cuò)誤；
c．NO、N₂、O₂的濃度保持不變，說(shuō)明正逆反應(yīng)的速率相等，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；　　　　　
d．單位時(shí)間內(nèi)分解4mol NO，同時(shí)生成2molN₂，都體現(xiàn)逆反應(yīng)的方向，故錯(cuò)誤；
故選：c；
③A將一氧化氮完全轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂脱鯕猓�相�?dāng)于投氮?dú)夂脱鯕舛际?mol，所以A和B是同一平衡，而C用極端相當(dāng)于投氮?dú)?.8mol和1mol的氧氣，所以C相當(dāng)在A和B平衡的基礎(chǔ)上減少氮?dú)獾牧�，平衡逆向移�?dòng)，所以氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)減小，D用極端轉(zhuǎn)化相當(dāng)于投氮?dú)?mol和0.8mol的氧氣，所以D相當(dāng)在A和B平衡的基礎(chǔ)上減少氧氣的量，平衡逆向移動(dòng)，所以氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)最大，則氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)大小順序?yàn)椋篋＞A=B＞C，故選：D；
（3）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1；②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1；而CH₄與NO反應(yīng)生成N₂、CO₂、H₂O（g）的反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律可知：△H=2②-①=-867×2+574═-1160kJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol；
②一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO_x）轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體，即二氧化碳和氮?dú)猓�所以化學(xué)方程式為2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂，
故答案為：2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡移動(dòng)、蓋斯定律的運(yùn)用和化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，為高頻考點(diǎn)，特別是（2）③等效平衡的運(yùn)用，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，題目難度不大．