Question

12．近年來我國汽車擁有量呈較快增長趨勢，NO_x是汽車尾氣中的主要污染物之一
（1）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N₂和O₂反應，其能量變化示意圖如下：

熱化學方程式N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）的△H=+183 kJ/mol，該反應的△S＞0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應：
2NO₂（g）+NaCl（s）═NaNO₃（s）+ClNO（g）   K₁△H＜0  （I）
2NO（g）+Cl₂（g）═2ClNO（g）              K₂△H＜0  （II）
①4NO₂（g）+2NaCl（s）═2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
②為研究不同條件對反應（II）的影響，在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應（Ⅱ）達到平衡．測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則平衡后n（Cl₂）=0.025mol，NO的轉化率α₁=75%．③其它條件保持不變，反應（II）在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉化率α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”），平衡常數K₂不變（填“增大”“減小”或“不變”，若要使K₂減小，可采用的措施是升高溫度．
（3）合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，其反應原理為N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．依據溫度對合成氨反應的影響，在如圖坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH₃物質的量變化的曲線示意圖：

Answer 1

分析 （1）根據能量變化圖計算反應熱，反應熱=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和，標注物質聚集狀態(tài)和對應反應焓變書寫熱化學方程式得到反應焓變，反應前后是氣體體積不變的反應，反應自發(fā)進行的條件是△G=△H-T△S＜0，非自發(fā)進行△G=△H-T△S＞0，據此反應是非自發(fā)進行來判斷熵變；
（2）①依據化學平衡常數概念，結合反應化學方程式書寫反應的平衡常數，
2NO₂（g）+NaCl（s）═NaNO₃（s）+ClNO（g） K₁△H＜0 （I）
2NO（g）+Cl₂（g）═2ClNO（g） K₂△H＜0 （II），
4NO₂（g）+2NaCl（s）═2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）結合平衡常數表達式計算得到平衡常數關系；
②依據平衡三段式列式計算，在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應（Ⅱ）達到平衡，測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物質的量為7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
             2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2      0.1       0
變化量（mol） 0.15    0.075     0.15
平衡量（mol） 0.05    0.025    0.15
依據反應速率概念、轉化率概念的計算，計算V=$\frac{△c}{△t}$，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，隨反應進行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強比恒容容器大，平衡正向進行，平衡時NO的轉化率α₂ 增大；平衡常數隨溫度變化，不隨濃度、壓強變化，若要使K₂減小，平衡逆向進行，反應是放熱反應，依據平衡移動原理應升高溫度，平衡逆向進行，平衡常數隨溫度變化；
（3）合成氨的反應是放熱反應，開始反應，氨氣物質的量增大，達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進行，氨氣物質的量減小，據此畫出變化圖象；

解答 解：（1）該反應中的反應熱=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以N₂和O₂反應生成NO的熱化學反應方程式為N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183kJ•mol^-1，該反應在常溫下非自發(fā)進行，則△G=△H-T△S在低溫時△G＞0，所以△S＞0，
故答案為：+183 kJ/mol，＞；
（2）①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），△H₁＜0 （Ⅰ），平衡常數K₁=$\frac{[ClNO]}{[N{O}_{2}]^{2}}$，
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），△H₂＜0 （Ⅱ），平衡常數K₂ =$\frac{[ClNO]^{2}}{[NO]^{2}[C{l}_{2}]}$，
4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數K=$\frac{[C{l}_{2}][NO]^{2}}{[N{O}_{2}]^{4}}$，計算得到K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
②在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應（Ⅱ）達到平衡，測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物質的量為7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
             2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2      0.1         0
變化量（mol） 0.15    0.075      0.15
平衡量（mol） 0.05    0.025      0.15
則平衡后n（Cl₂）=0.025mol，
NO的轉化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
故答案為：0.025；75%；
③其他條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，隨反應進行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強比恒容容器大，平衡正向進行，平衡時NO的轉化率α₂ 增大；平衡常數隨溫度變化，不隨濃度、壓強變化，若要使K₂減小，平衡逆向進行，反應是放熱反應，依據平衡移動原理應升高溫度，平衡逆向進行，
故答案為：＞；不變；升高溫度；
（3）合成氨的反應是放熱反應，反應達到一定溫度才可以發(fā)生反應，開始反應，氨氣物質的量增大，達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進行，氨氣物質的量減小，畫出的圖象為，故答案為；．

點評 本題涉及化學反應的能量變化以及化學平衡等知識，化學平衡常數的計算，影響化學平衡的因素分析應用判斷，屬于綜合知識的考查，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．