Question

1．對大氣污染物SO₂、NO_x進行研究具有重要環(huán)保意義．請回答下列問題：
（1）為減少SO₂的排放，常采取的措施是將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料．
已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
（2）已知汽車汽缸中生成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，若1.0mol空氣含0.80mol N₂和0.20mol O₂，1300°C時在2.0L密閉汽缸內(nèi)經(jīng)過5s反應(yīng)達到平衡，測得NO為1.6×10^-3mol．
①在1300°C 時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$．
5s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率ν（N₂）=8.0×10^-5mol/（L•s）（保留2位有效數(shù)字）；
②汽車啟動后，汽缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移．
（3）汽車尾氣中NO和CO的轉(zhuǎn)化．當催化劑質(zhì)量一定時，增大催化劑固體的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．右圖表示在其他條件不變時，反應(yīng)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(yīng)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(yīng)標注）．

Answer 1

分析 （1））①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，②-①得到C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），以此計算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式；
（2）在2.0L密閉汽缸內(nèi)經(jīng)過5s反應(yīng)達到平衡，測得NO為1.6×10^-3mol，則
       N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
開始     0.8  0.2         0
轉(zhuǎn)化1.6×10^-3 1.6×10^-3  1.6×10^-3．
①結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計算NO的反應(yīng)速率，再結(jié)合速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算氮氣的反應(yīng)速率，平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
②汽缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，說明平衡正向進行，溫度越高速率越快；
（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(yīng)熱效應(yīng)；
②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）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，②-①得到C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=-110.5kJ•mol^-1-（-241.8kJ•mol^-1）=+131.3kJ•mol^-1，
熱化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
（2）①2.0L密閉汽缸內(nèi)經(jīng)過5s反應(yīng)達到平衡，測得NO為1.6×10^-3mol，5s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率ν（NO）=$\frac{\frac{1.6×1{0}^{-3}mol}{2.0L}}{5s}$=1.6×10^-4 mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則ν（N₂）=8.0×10^-5 mol/（L•s），由化學(xué)方程式可知反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$；8.0×10^-5 mol/（L•s）；
②氣缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移，
故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移；
（3）①溫度T₂到達平衡的時間短，反應(yīng)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(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
②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 本題考查較綜合，涉及熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)速率和影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)等，綜合性較強，注重化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的綜合考查，（3）中注意根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”原則判斷溫度高低，作圖時注意到達平衡的時間與平衡時NO的濃度，題目難度中等．