Question

【題目】研究氮的氧化物、碳的氧化物等大氣污染物的處理具有重要意義。

I.已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ·mol-1

②CO的燃燒熱△H=-283 kJ·mol-1。

(1)汽車排氣管內(nèi)安裝的催化轉(zhuǎn)化器，可使尾氣中主要污染物(NO和CO)轉(zhuǎn)化為無毒的大氣循環(huán)物質(zhì)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________________________________。

(2)一定溫度下，在恒容密閉容器中充入1 mol NO和2 mol CO進行該反應(yīng)，下列不能判斷反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是___________(用序號填空)

①單位時間內(nèi)消耗a mol CO的同時生成2a mol NO

②混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變

③混合氣體中NO和CO的物質(zhì)的量之比保持不變

④混合氣體的密度不再改變

II.臭氧是理想的煙氣脫硝試劑，其脫硝反應(yīng)為2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，向甲、乙兩個體積都為1.0 L的恒容密閉容器中分別充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，分別在T1、T2溫度下，經(jīng)過一段時間后達到平衡。反應(yīng)過程中n(O2)隨時間(t)變化情況見下表：

(3)T1______T2(填>、<或=，下同)，該反應(yīng)△H________0。

(4)甲容器中，0～3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(NO2)=________。

(5)甲容器中NO2平衡轉(zhuǎn)化率為__________，T1時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為__________。

Answer 1

【答案】2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol ①④ > < 0.24 mol/(L·s) 80.0% 20

【解析】

I．(1)將已知的兩個熱化學(xué)方程式疊加，可得相應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正、逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化；

II．(3)發(fā)生反應(yīng)2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，溫度高，速率快，達到平衡所需要的時間縮短，據(jù)此分析比較溫度，利用溫度與O2的平衡含量分析判斷；

(4)對于甲容器中，0～3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(NO2)=2v(O2)，根據(jù)圖表數(shù)據(jù)計算氧氣的反應(yīng)速率得到；

(5)根據(jù)O2的平衡濃度計算各種物質(zhì)的平衡濃度，然后利用物質(zhì)轉(zhuǎn)化率等于轉(zhuǎn)化量與起始量的比計算NO2的轉(zhuǎn)化率；利用平衡常數(shù)含義計算甲在溫度為T1時的平衡常數(shù)。

I．(1)已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ/mol

②CO的燃燒熱△H=-283 kJ/mol，熱化學(xué)方程式：CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律計算②×2-①得到該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol；

(2)①單位時間內(nèi)消耗a mo1CO的同時生成2a mol NO，反應(yīng)逆向進行，正、逆反應(yīng)速率不等，說明沒有反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，①錯誤；

②反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量為變量，當混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明各組分的濃度不再變化，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，②正確；

③一定溫度下，在恒容密閉容器中充入1 mol NO和2 mol CO進行該反應(yīng)，反應(yīng)中NO和CO按照1：1反應(yīng)進行，混合氣體中NO和CO的物質(zhì)的量之比保持不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，③正確；

④反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積不變，混合氣體的密度始終不改變，不能根據(jù)混合氣體的密度判斷平衡狀態(tài)，④錯誤；

故合理選項是①④；

II．(3)可逆反應(yīng)2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，甲、乙兩個體積都為1.0 L的恒容密閉容器中分別充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，分別在T1、T2溫度下，經(jīng)過一段時間后達到平衡，圖表數(shù)據(jù)可知，甲容器中達到平衡時間短，速率快，說明反應(yīng)的溫度高，因此溫度T1>T2；根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：升高溫度，反應(yīng)達到平衡時 O2的含量比溫度低時低，說明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，根據(jù)平衡移動原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)分析移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以△H<0；

(4)甲容器中，0～3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(NO2)=2v(O2)=2×=0.24 mol/(L·s)；

對于甲容器，發(fā)生反應(yīng)2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，反應(yīng)達到平衡時n(O2)=0.8 mol，會同時反應(yīng)n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol，反應(yīng)消耗n(O3)=0.8 mol，n(NO2)=2×0.8 mol=1.6 mol，所以平衡時n(N2O5)=2.0 mol-1.6 mol=0.4 mol，n(O3)=1.0 mol-0.8 mol=0.2 mol，n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol，所以甲容器中NO2平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=80.0%；反應(yīng)容器的容積是1L，所以各種物質(zhì)的平衡時的物質(zhì)的量為物質(zhì)的平衡濃度，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==20。