Question

2013年初，全國各地多個城市都遭遇“十面霾伏”，造成“陰霾天”的主要根源之一是汽車尾氣和燃煤尾氣排放出來的固體小顆粒．
汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂+N₂．在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如圖所示．據(jù)此判斷：
（1）該反應(yīng)為

 

反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）：在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率：v（N₂）=

 

；
（2）當固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在答題卡上畫出 c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
（3）某科研機構(gòu)，在t₁℃下，體積恒定的密閉容器中，用氣體傳感器測得了不同時間的NO和CO的濃度（具體數(shù)據(jù)見下表，CO₂和N₂的起始濃度為0）．

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/xl0-4mol L-1	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/xl0-3mol L-1	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

t₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

，平衡時NO的體積分數(shù)為

 

．
（4）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號）．

（下圖中v_正、K、n、m分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量和質(zhì)量）
（5）煤燃燒產(chǎn)生的煙氣也含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_X可以消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H=-867.0kJ?mol^-1
2NO₂ （g）═N₂O₄ （g）△H=-56.9kJ?mol^-1
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式

 

．

Answer 1

考點：反應(yīng)速率的定量表示方法,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學平衡常數(shù)的含義,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學反應(yīng)中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）①根據(jù)到達平衡的時間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時二氧化碳的濃度判斷溫度對平衡的影響，進而判斷△H；
由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（N₂）；
（2）接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，
平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，代入平衡濃度即可計算出平衡常數(shù)，NO的平衡濃度與平衡總濃度之比為NO的體積分數(shù)；
（4）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數(shù)的影響；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（5）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標熱化學方程式．

解答： 解：（1）①由圖1可知，溫度T₁先到達平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
②由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=

0.1mol/L

2S

=0.05mol/（L?s），
速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（N₂）=

1

2

v（CO₂）=

1

2

×0.05mol/（L?s）=0.025mol/（L?s），
故答案為：0.025mol/（L?s）；
（2）接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，
但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
（3）NO和CO反應(yīng)生成CO₂和N₂，反應(yīng)方程式為：
          2NO+2CO?2CO₂ +N₂
起始濃度：1xl0^-3   3.6xl0^-3      0         0
轉(zhuǎn)化濃度：0.9xl0^-3  0.9xl0^-3     0.9xl0^-3   0.45xl0^-3
平衡濃度：0.1xl0^-3  2.7xl0^-3     0.9xl0^-3   0.45xl0^-3
反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

，代入平衡濃度得：K=5000，
NO的體積分數(shù)為：

0.1

0.1+2.7+0.9+0.45

×100%=2.41%，
故答案為：5000  2.41%；
（4）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故A錯誤；
B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進行溫度升高，化學平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，
為最小，圖象與實際符合，故B正確，
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D、NO的質(zhì)量分數(shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：B D；
（5）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×2得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），
故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）-44.0kJ?mol^-1×2=-898.1kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-898.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H═-898.1kJ/mol

點評：本題考查化學平衡圖象、化學反應(yīng)速率、影響化學平衡的因素、平衡常數(shù)計算、熱化學方程式書寫等，題目綜合性較大，較難，是對知識的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識的理解掌握．