Question

汽車內(nèi)燃機工作時產(chǎn)生的電火花和高溫會引起反應(yīng)：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g），導(dǎo)致汽車尾氣中的NO和NO₂對大氣造成污染．

（1）在不同溫度（T₁，T₂）下，一定量的NO分解產(chǎn)生N₂和O₂的過程中N₂的體積分數(shù)隨時間t變化如圖1所示．根據(jù)圖象判斷反應(yīng)N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）為

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），隨著溫度的升高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K

 

（填“增大”“減小”或“不變”，平衡向

 

移動（填“向左”“向右”或“不”）．
（2）某溫度時，向容積為1L的密閉容器中充入5mol N₂與2.5mol O₂，發(fā)生N2（g）+O₂（g）═2NO（g）反應(yīng)，2min后達到平衡狀態(tài)，NO的物質(zhì)的量為1mol，則2min內(nèi)氧氣的平均反應(yīng)速率為

 

，該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．該溫度下，若開始時向上述容器中加入的N₂與O₂均為1mol，則N₂的平衡濃度為

 

mol/L．
（3）為避免汽車尾氣中的有害氣體對大氣的污染，給汽車安裝尾氣凈化裝置．凈化裝置里裝有含Pd等過渡元素的催化劑，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的機理如圖2所示．寫出上述變化中的總化學(xué)反應(yīng)方程式：

 

．
（4）用CH₄催化還原NO₂的方法也可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
寫出CH₄還原NO₂至N₂的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,反應(yīng)速率的定量表示方法

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,化學(xué)反應(yīng)速率專題

分析：（1）根據(jù)圖2判斷的T₁、T₂大小，再根據(jù)平衡時氮氣的體積分數(shù)判斷溫度對平衡的影響；
（2）利用v=

△c

t

進行計算；
平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比；
令N₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式求出反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量的變化量、平衡時反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量，再求出平衡濃度；
（3）判斷出反應(yīng)物、產(chǎn)物，配平寫出方程式；
（4）結(jié)合2個反應(yīng)，利用蓋斯定律進行計算．

解答： 解：（1）根據(jù)圖2判斷，T₂曲線先到達平衡，反應(yīng)速率大，溫度較高，而溫度升高，氮氣的體積分數(shù)減小，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動，升高溫度向吸熱方向進行，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
升高溫度平衡向正反應(yīng)移動，故平衡常數(shù)K值增大，
故答案為：吸熱，增大，向右；
（2）利用三段式求出反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量的變化量、平衡時反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量．
            N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：5      2.5       0
反應(yīng)（mol）：0.5    0.5       1
平衡（mol）：4.5     2        1
故v（O₂）=

1mol 1L

2min

=0.25mol/（L?min）；
所以平衡常數(shù)k=

[c(NO)]2

c(N2)?c(O2)

=

1×1

4.5×2

=

1

9

；
令N₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，則
            N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：1       1        0
反應(yīng)（mol）：x       x        2x
平衡（mol）：1-x    1-x       2x
所以

( 2x 2 )2

1-x 2 × 1-x 2

=

1

9

，解得x=

1

7

，
故N₂的平衡濃度為1-

1

7

=

6

7

mol/L，
故答案為：0.25mol/（L?min），

1

9

，

6

7

；
（3）NO₂為中間產(chǎn)物，反應(yīng)物為NO、O₂、CO，產(chǎn)物為CO₂、N₂，反應(yīng)方程式為：2NO+O₂+4CO

催化劑  .

CO₂+N₂，
故答案為：2NO+O₂+4CO

催化劑  .

CO₂+N₂；
（4）CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol①
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol②，
由

1

2

（①+②）得到：反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=

1

2

×[（-574）+（-1160）]=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．

點評：本題考查化學(xué)平衡計算、平衡移動、蓋斯定律，難度中等．要注意利用三段式解題．