Question

汽車尾氣是城市的主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣是保護環(huán)境的首要任務．
（1）汽車內燃機工作時發(fā)生反應：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一． t℃時，向 2L密閉容器中充入3mol N₂和4mol O₂，在10min時反應達到平衡狀態(tài)，此時容器中NO的物質的量濃度是2mol．L^-1．
①10min內該反應的平均速率υ（NO）=

 

；在t℃時，該反應的平衡常數(shù)K=

 

．
②反應開始至達到平衡的過程中，容器中下列各項發(fā)生變化的是

 

（填序號）．
a．混合氣體的密度　　　　　        
b．混合氣體NO的質量分數(shù)
c．混合氣體平均摩爾質量　　　 　　 
d．N₂的轉化率
（2）H₂或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
則H₂（g）與NO（g）反應生成N₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式是

 

．
（3）當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．如圖表示在其他條件不變時，反應：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）中NO的濃度[c（NO）]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線．
①該反應的△H

 

0（填“＞”或“＜”）．
②該反應在

 

（填：高溫下、低溫下、任何溫度下）自發(fā)．
③若催化劑的表面積S₁＞S₂，在右圖中畫出c（NO）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,體積百分含量隨溫度、壓強變化曲線

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）①利用三段法“開始 變化 平衡”列出各組分數(shù)據(jù)，代入化學反應速率和化學平衡常數(shù)表達式計算；
②a．混合氣體的總質量不變，容器的體積不變，據(jù)此判斷；
b．隨反應進行，反應物濃度升高，則混合氣體NO的質量分數(shù)增大；
c．混合氣體的總質量不變，反應前后的物質的量也不變，據(jù)此判斷；
d．隨反應進行，反應物N₂的轉化率不斷升高；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數(shù)進行相應的計算；
（3）①根據(jù)到達平衡的時間，判斷溫度高低，再根據(jù)不同溫度下到達平衡時NO的濃度高低，判斷溫度對平衡的影響，據(jù)此判斷反應熱效應；
②根據(jù)2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則△S＜0結合△G=△H-T△S＜0自發(fā)來判斷；
③催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，據(jù)此作圖．

解答： 解：（1）①由題中所給數(shù)據(jù)可知：
                 N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始濃度（mol?L^-1）1.5     2       0
轉化濃度（mol?L^-1）1       1       2
平衡濃度（mol?L^-1）0.5     1       2
則υ（NO）=

2.0mol/L

10min

=0.2mol/（L?min），K=

c 2(NO)

c(N 2)c(O 2)

=

2 2

0.5×1

=8，
故答案為：0.2mol/（L?min）；8；
②a．混合氣體的總質量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度不變，故a不符合；
b．隨反應進行，反應物濃度升高，則混合氣體NO的質量分數(shù)增大，故b符合；
c．混合氣體的總質量不變，反應前后的物質的量也不變，混合氣體平均摩爾質量不變，故c不符合；
d．隨反應進行，隨反應進行，反應物N₂的轉化率不斷升高，故d符合；
故答案為：bd；
（2）①已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律可知②-①得：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H，
△H=（-571.6kJ/mol）-180.5kJ/mol═-752.1kJ/mol，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol；
（3）①、溫度T₂到達平衡的時間短，反應速率快，故溫度T₂＞T₁，溫度越高，平衡時NO的濃度越高，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②根據(jù)2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則△S＜0，又據(jù)①△H＜0，結合△G=△H-T△S＜0自發(fā)，所以在高溫下才能自發(fā)，故答案為：高溫下；
③、催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，故c（NO） 在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，故答案為：．

點評：本題涉及反應速率和化學平衡的綜合應用，應用蓋斯定律求焓變，培養(yǎng)學生的平衡思想，綜合性強，難度中等，三段式是解平衡題常用的方法，（3）中注意根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”原則判斷溫度高低是關鍵，作圖時注意到達平衡的時間與平衡時NO的濃度．