Question

6．汽車(chē)尾氣中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的CO．為了減輕大氣污染，人們提出通過(guò)以下反應(yīng)來(lái)處理汽車(chē)尾氣：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=a kJ/mol．
為了測(cè)定在某種催化劑作用下該反應(yīng)的反應(yīng)速率，t₁℃下，在一等容的密閉容器中，某科研機(jī)構(gòu)用氣體傳感器測(cè)得了不同時(shí)間的NO和CO的濃度如下表（CO₂和N₂的起始濃度為0）．

時(shí)間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/×10-4 mol•L-1	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/×10-3 mol•L-1	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

回答下列問(wèn)題：
（1）在上述條件下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則正反應(yīng)必然是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（2）前3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=1.42×10^-4 mol•L^-1•s^-；t₁℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000．
（3）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)改變下列條件，能提高NO轉(zhuǎn)化率的是CD．
A．選用更有效的催化劑
B．升高反應(yīng)體系的溫度
C．降低反應(yīng)體系的溫度
D．縮小容器的體積
（4）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．根據(jù)下表設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)得混合氣體中NO的濃度隨時(shí)間t變化的趨勢(shì)如圖所示：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/℃	NO初始濃度/mol•L-1	CO初始濃度/mol•L-1	催化劑的比表面積/m2•g-1
①	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124
②	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
③	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82

則曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)依次為③②①．
（5）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221.0kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-393.5kJ/mol
則處理汽車(chē)尾氣反應(yīng)中的a=-746.5．
（6）用活性炭還原法也可以處理氮氧化物，有關(guān)反應(yīng)為：
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H₄．
向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，在t₂℃下反應(yīng)，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

	NO	N2	CO2
起始濃度/mol•L-1	0.10	0	0
平衡濃度/mol•L-1	0.04	0.03	0.03

平衡后升高溫度，再次達(dá)到平衡測(cè)得容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則△H₄＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）正反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小，混亂度減小，故△S＜0，而△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
4s時(shí)處于平衡狀態(tài)，平衡時(shí)c（NO）=1×10^-4 mol•L^-1、c（CO）=2.7×10^-3 mol•L^-1，計(jì)算二氧化碳、氮?dú)獾钠胶鉂舛�，代入K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）A．選用更有效的催化劑，不影響平衡移動(dòng)；
B．升高反應(yīng)體系的溫度，平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；
C．降低反應(yīng)體系的溫度，平衡向放熱反應(yīng)移動(dòng)；
D．縮小容器的體積，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；
（4）由圖可知，曲線Ⅰ和曲線Ⅱ相比，平衡沒(méi)有移動(dòng)，反應(yīng)速率Ⅱ比Ⅰ快，故曲線Ⅱ中催化劑比比表面積大于Ⅰ，而其它條件相同；而曲線Ⅲ和曲線Ⅱ相比，反應(yīng)速率變快且平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
（5）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ/mol
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221.0kJ/mol
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-393.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，③×2-①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）；
（6）原平衡時(shí)容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為4：3：3，平衡后升高溫度，再次達(dá)到平衡測(cè)得容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．

解答 解：（1）正反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小，混亂度減小，故△S＜0，而△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則△H＜0，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
（2）前3s內(nèi)v（NO）=（10×10^-4 mol•L^-1-1.5×10^-4 mol•L^-1）÷3s=$\frac{8.5}{3}$×10^-4 mol•L^-1•s^-1，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=1.42×10^-4 mol•L^-1•s^-1；
4s時(shí)處于平衡狀態(tài)，平衡時(shí)c（NO）=1×10^-4 mol•L^-1、c（CO）=2.7×10^-3 mol•L^-1，則△c（CO₂）=△c（NO）=（10×10^-4 mol•L^-1-1×10^-4 mol•L^-1）=9×10^-4 mol•L^-1，△c（N₂）=$\frac{1}{2}$△c（NO）=4.5×10^-4 mol•L^-1，故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000，
故答案為：1.42×10^-4 mol•L^-1•s^-4；5000；
（3）A．選用更有效的催化劑，不影響平衡移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率不變，故A錯(cuò)誤；
B．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯(cuò)誤；
C．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確，
故選：CD；
（4）由于②、③溫度相同，催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，化學(xué)平衡不移動(dòng)，達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，但②的催化劑的比表面積較大，則反應(yīng)的速率大，所以②先達(dá)到化學(xué)平衡；
由于①、②濃度、催化劑的比面積大相同，而①的溫度較高，反應(yīng)速率較快，先到達(dá)平衡，且平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)NO的濃度增大，
所以曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)③，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)實(shí)驗(yàn)②，曲線Ⅲ對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)①，
故答案為：③②①；
（5）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ/mol
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221.0kJ/mol
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-393.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，③×2-①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則△H=2×（-393.5kJ/mol）-180.5kJ/mol-（-221.0kJ/mol）=-746.5kJ/mol，故a=-746.5，
故答案為：-746.5；
（6）原平衡時(shí)容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為4：3：3，平衡后升高溫度，再次達(dá)到平衡測(cè)得容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H₄＜0，
故答案為：＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)、平衡圖象與反應(yīng)熱計(jì)算等，題目比較綜合，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．