Question

汽車內(nèi)燃機工作時產(chǎn)生的電火花和高溫會引起反應(yīng)：N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g)，導(dǎo)致汽車尾氣中的NO和NO₂對大氣造成污染。
（1）在不同溫度（T₁，T₂）下，一定量的NO分解產(chǎn)生N₂和O₂的過程中N₂的體積分數(shù)隨時間t變化如右圖所示。根據(jù)圖像判斷反應(yīng)N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)為_________反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），隨著溫度的升高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K________（填“增大”“減小”或“不變”，平衡向________移動（填“向左”“向右”或“不”）。

（2）某溫度時，向容積為1L的密閉容器中充入5mol N₂與2．5molO₂,發(fā)生N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g)反應(yīng)，2min后達到平衡狀態(tài)，NO的物質(zhì)的量為1mol，則2min內(nèi)氧氣的平均反應(yīng)速率為_________，該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。該溫度下，若開始時向上述容器中加入的N₂與O₂均為1mol，則N₂的平衡濃度為_______mol/L。
（3）為避免汽車尾氣中的有害氣體對大氣的污染，給汽車安裝尾氣凈化裝置。凈化裝置里裝有含Pd等過渡元素的催化劑，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的機理如右圖所示
。
寫出上述變化中的總化學(xué)反應(yīng)方程式：________________________________________。
（4）用催化還原的方法也可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－574kJ/mol
CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160kJ/mol
寫出CH₄還原NO₂至N₂的熱化學(xué)方程式_______________________________________。

Answer 1

（14分）（1）吸熱（2分）；增大（1分）；向右（1分）
（2）0．25mol/(L·min)（2分）；（2分）；（2分）
（3）2NO＋O₂＋4CO4CO₂＋N₂（2分）
（4）CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－867kJ/mol（2分）

試題分析：（1）根據(jù)圖象判斷，T₂曲線先到達平衡，因此反應(yīng)速率大，溫度較高。而溫度升高，氮氣的體積分數(shù)減小，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動，升高溫度向吸熱方向進行，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；正方應(yīng)吸熱，因此隨著溫度的升高，平衡向正反應(yīng)方向移動，即向右移動，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)K增大。
（2）              N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)
起始濃度（mol/L）  5     2．5      0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）  0．5   0．5      1
平衡濃度（mol/L）  4．5   2．0      1
所以2min內(nèi)氧氣的平均反應(yīng)速率為0．5mol/L÷2min＝0．25mol/(L·min)
該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝
若開始時向上述容器中加入的N₂與O₂均為1mol，則
N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)
起始濃度（mol/L）  1       1     0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）  x       x     2x
平衡濃度（mol/L） 1－x    1－x   2x
所以根據(jù)K＝＝可知
＝
解得x＝
所以N₂的平衡濃度為mol/L
（3）NO₂為中間產(chǎn)物，反應(yīng)物為NO、O₂、CO，產(chǎn)物為CO₂、N₂，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NO＋O₂＋4CO4CO₂＋N₂。
（4）根據(jù)反應(yīng)①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－574kJ/mol和反應(yīng)②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160kJ/mol并依據(jù)蓋斯定律可知，（①＋②）÷2即得到反應(yīng)CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝（－574kJ/mol－1160kJ/mol）÷2＝－867kJ/mol。