Question

16．減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣中的排放是環(huán)境保護的重要內容之一．
（1）己知：N₂ （g）+O₂ （g）=2NO （g）△H=+180.5kJ•mol^-1
C（s）+O₂ （g）=CO₂ （g）△H=-393.5kJ•mol^-1
2C （s）+O₂（g）=2CO （g）△H=-221kJ•mol^-1
若某反應的平衡常數(shù)表達式為：$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，
請寫出此反應的熱化學方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol^-1．
（2）用CH₄催化還原NO_x可以消除污染，若將反應CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂設計為原電池，電池內部是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，可以傳導O^2-，則電池的正極反應式為2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-．
（3）利用H₂和CO₂在一定條件下可以合成乙烯：6H₂（g）+2CO₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）  己知不同溫度對CO₂的轉化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關說法不正確的是①③④（填序號）．

①不同條件下反應，N點的速率最大
②M點時平衡常數(shù)比N點時平衡常數(shù)大
③溫度低于250℃時，隨溫度升高乙烯的產率增大
④實際反應應盡可能在較低的溫度下進行，以提高CO₂的轉化率
（4）在密閉容器中充入5mol CO和4mol NO，發(fā)生上述（1）中某反應，如圖為平衡時NO的體積分數(shù)與溫度、壓強的關系．

回答下列問題：
①溫度：T₁＞ T₂（填“＜”或“＞”）．
②某溫度下，若反應進行到10分鐘達到平衡狀態(tài)D點時，容器的體積為2L，則此時的平衡常數(shù)K=0.22 L•mol^-1（結果精確到兩位小數(shù)）；用CO的濃度變化表示的平均反應速率V（CO）=0.1 mol/（L•min）．
③若在D點對反應容器升溫的同時擴大體積至體系壓強減小，重新達到的平衡狀態(tài)可能是圖中A～G點中的A點．

Answer 1

分析 （1）依據平衡常數(shù)表達式書寫熱化學方程式，結合已知的熱化學方程式和蓋斯定律計算得到縮小熱化學方程式的焓變，得到此反應的熱化學方程式；
（2）若將反應CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂設計為原電池，電池內部是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，可以傳導O^2-，負極為甲烷失電子生成二氧化碳，正極二氧化氮得到電子生成氮氣，用氧離子配平電荷守恒得到電極反應；
（3）①溫度升高化學反應速率加快，催化劑的催化效率降低；
②反應是放熱反應，溫度升高平衡逆向進行；
③該反應是放熱反應，升溫平衡逆向移動；
④溫度越低催化劑活性越小，反應速率越慢；
（4）①根據反應2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ•mol^-1，升高溫度，平衡逆向移動，所以NO的體積分數(shù)會增大；
②化學平衡三行計算列式計算平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；用CO的濃度變化表示的平均反應速率v（CO）=$\frac{△c}{△t}$；
③根據三行式結合化學平衡移動原理來回答．

解答 解：（1）若某反應的平衡常數(shù)表達式為：k=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，反應為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），
①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
③2C（s）+O ₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
蓋斯定律計算②×2-③-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•molˉ¹，
故答案為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1；
（2）若將反應CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂設計為原電池，電池內部是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，可以傳導O^2-，負極為甲烷失電子生成二氧化碳，正極二氧化氮得到電子生成氮氣，用氧離子配平電荷守恒得到電極反應，正極電極反應為：2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-，
故答案為：2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-；
（3）①溫度越高，反應速率越大，但M、N點溫度、催化劑均不同，則N點速率不最大，故①錯誤；
②升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學平衡常數(shù)大于N，故②正確；
③溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進行乙烯的產率減小，故③錯誤；
④為提高CO₂的轉化率，平衡正向進行，反應是放熱反應，低的溫度下進行反應，平衡正向進行，但催化劑的活性、反應速率減小，故④錯誤；
故答案為：①③④；
（4）①根據反應2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ•mol^-1，升高溫度，平衡逆向移動，所以NO的體積分數(shù)會增大，即T₁＞T₂，
故答案為：＞；
②某溫度下，反應達到平衡狀態(tài)D點時，NO的體積分數(shù)是25%，設CO的變化濃度是x，
                 2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
初始濃度：2.5             2                  0            0
變化濃度：x                 x                0.5x             x
平衡濃度：2.5-x             2-x               0.5x                x
NO的體積分數(shù)是25%，即$\frac{2-x}{2.5-x+2-x+0.5x+x}$×100%=25%，解得x=1，此時K=$\frac{{1}^{2}×0.5}{1．{5}^{2}×1}$=0.22 L•mol^-1；
用CO的濃度變化表示的平均反應速率V（CO）=$\frac{1mol/L}{10min}$=0.1 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.22 L•mol^-1；0.1 mol/（L•min）；
③若在D點對反應容器升溫的同時擴大體積使體系壓強減小，則平衡會逆向移動，NO的體積分數(shù)增加，重新達到的平衡狀態(tài)可能是圖中A點，
故答案為：A．

點評 本題涉及蓋斯定律的應用、化學平衡的有關計算，電極反應式的書寫知識，注意知識的綜合應用是關鍵，題目難度中等．