Question

消除汽車尾氣是減少城市空氣污染的熱點研究課題。

（1）汽車內燃機工作時發生的反應N₂(g) + O₂(g)2NO(g)，生成的NO是汽車尾氣的主要污染物。T ℃時，向5L密閉容器中充入6.5 mol N₂和7.5 mol O₂，在5 min時反應達到平衡狀態，此時容器中NO的物質的量是5 mol（不考慮后續反應）。則：

①5 min內該反應的平均速率ν(NO) =                ；在T ℃時，該反應的平衡常數K =                。

② 反應開始至達到平衡的過程中，容器中下列各項發生變化的是        （填序號）。

a．混合氣體的密度         b．混合氣體的壓強

c．正反應速率             d．單位時間內，N₂和NO的消耗量之比

（2）用H₂或CO催化還原NO可以達到消除污染的目的。

已知：2NO(g) = N₂(g) + O₂(g)     △H = —180.5 kJ·mol^－1

2H₂O(l) =2H₂(g) + O₂(g)     △H = +571.6 kJ·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。下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 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（并作相應標注）。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

    （1）（共9分）① 0.2 mol·L^－1·min^－1 （2分）       1.25（3分）     ② c d（4分）

    （2）（共3分）2H₂(g) + 2NO(g)=N₂(g) + 2H₂O(l)   △H = －752.1 kJ·mol^－1

（3）（共4分）① ＜（2分）    

②（2分）見圖：

【解析】

試題分析：（1）①由于c=n/V，各組分變化濃度之比等于系數之比，由此推斷該反應體系中各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：

N₂(g) +  O₂(g) 2NO(g)

起始濃度（mol/L）    1.3      1.5        0

變化濃度（mol/L）    0.5      0.5        1

平衡濃度（mol/L）    0.8      1.0        1

根據平均反應速率的定義式，v(NO)===0.2mol/(L•min)

根據化學平衡常數的定義式，K==mol²/L²≈1.25

②混合氣體的密度等于混合氣體總質量除以容器體積，由于該反應各組分都是氣體，所以混合氣體總質量始終保持不變，容器體積始終為5L，因此混合氣體密度始終保持不變，且密度不變不能說明達到平衡，故a錯誤；由于N₂(g)+ O₂(g)2NO(g)的正反應是氣體物質的量保持不變的反應，則混合氣體總的物質的量始終不變，且容器內混合氣體的壓強始終不變不能說明達到平衡，故b錯誤；從反應開始達到平衡，反應物濃度逐漸減小，所以正反應速率逐漸減小，故c正確；單位時間內，N₂和NO的消耗量之比就是正反應速率和逆反應速率之比，反應開始時，正反應速率最大、逆反應速率最小，此時N₂和NO的消耗量之比最大，反應達到平衡時，正反應速率=逆反應速率，此時N₂和NO的消耗量之比最�。�為1/2），故d正確；

（2）根據蓋斯定律，已知的前一個熱化學方程式減去后一個熱化學方程式，可以得到：2H₂(g) + 2NO(g)=N₂(g) + 2H₂O(l)   △H = －752.1 kJ·mol^－1；（3）讀圖，兩條曲線先后達到平衡，說明T₂>T₁，即升高溫度，平衡時c(NO)增大，由于升溫平衡向吸熱方向移動，c(NO)增大說明平衡向逆反應方向移動，則逆反應是吸熱反應，所以正反應是放熱反應，△H<0；畫圖要點：S₁變為S₂，即減小催化劑表面積，反應速率減小，單位時間內NO的變化濃度減小，則T₁、S₂的曲線位于T₁、S₁曲線的右邊；催化劑不能使平衡移動，所以NO的平衡濃度與T₁、S₁曲線相同，只是達到平衡的時間比T₁、S₁曲線增大。

考點：考查化學反應原理，涉及求平均反應速率、化學平衡常數、化學平衡的建立、蓋斯定律、熱化學方程式、放熱反應、吸熱反應、畫催化劑對反應速率和平衡移動的影響曲線。