Question

14．汽車尾氣凈化中的一個反應如下：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），請回答下列問題．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol
則：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g） 的△H=-746.5kJ/mol．
（2）在一定溫度下，向體積為V L的密閉容器中充入一定量的NO和CO，發(fā)生可逆2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．在t₁時刻達到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=a mol，n（NO）=2a mol，n（N₂）=b mol，且平衡時N₂的體積分數為$\frac{1}{4}$．
①則該反應的平衡常數K=$\frac{27V}{a}$．（用含a、V的式子表示）若保持溫度不變，平衡后在此基礎上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO，平衡將不移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
②在一定溫度恒容容器中發(fā)生以上反應，下列各種情況，不能說明該反應已經達到平衡的是E．
A．v_生成（CO₂）=v_消耗（CO₂）        
B．各氣體的體積分數不再改變
C．混合氣體的平均相對分子質量不再改變  
D．NO、CO、N₂、CO₂濃度均不再變化
E．單位時間內生成2n mol碳氧雙鍵的同時消耗n mol N≡N
③在t₂時刻，將容器迅速壓縮到原容積的$\frac{1}{2}$，在其它條件不變的情況下，t₃時刻達到新的平衡狀態(tài)．請在圖1中補充畫出t₂-t₃-t₄時段，正反應速率的變化曲線．
（3）如果要凈化汽車尾氣的同時提高該反應的速率和NO的轉化率，采取的措施是B．
A．降低溫度                               B．增大壓強同時加催化劑
C．升高溫度同時充入N₂ D．及時將CO₂和N₂從反應體系中移走
（4）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．

①寫出上述變化中的總化學反應方程式：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4CO₂+N₂．
②有人提出，可以設計反應2CO（g）═2C（s）+O₂（g） 來消除CO的污染．請你判斷是否可行，并說出理由：因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，都不能自發(fā)進行．

Answer 1

分析 （1）已知①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol，
根據蓋斯定律：②×2-①-③可得；
（2）①根據題找到a、b的關系式，再由化學平衡常數概念列式，代值得；保持溫度不變，計算平衡后在此基礎上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO的Qc，與k比較；
②根據平衡特征：正逆反應速率相等，各組分含量不再變化判斷；
③根據影響化學平衡的因素作答；
（3）提高該反應的速率和NO的轉化率，即要求反應正向移動；
（4）①分析圖，NO₂為中間產物，NO、CO、O₂為反應物，CO₂、N₂是生成物；
②根據△G=△H-T△S，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，都不能自發(fā)進行．

解答 解：（1）已知①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol，
根據蓋斯定律：②×2-①-③可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-393.5kJ/mol×2-（+180.5kJ/mol）-（-221kJ/mol）=-746.5kJ/mol；
故答案為：-746.5；
（2）①反應2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．在t₁時刻達到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=a mol，n（NO）=2a mol，n（N₂）=b mol，則n（CO₂）=2b mol，N₂的體積分數為$\frac{1}{4}$，則有：$\frac{2a+a+b+2b}$=
$\frac{1}{4}$，解得b=3a，K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）^2}{c（NO）^2•c（CO）^2}$=$\frac{（3mol÷VL）•（6amol÷VL）^3}{（2amol÷VL）^2•（amol÷VL）^2}$=$\frac{27V}{a}$；保持溫度不變，平衡后在此基礎上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO，此時Qc=$\frac{（6a÷V）^2×（12a÷V）}{（4a÷V）^2•（a÷V）^2}$=$\frac{27V}{a}$=K，平衡不移動；
故答案為：$\frac{27V}{a}$；不；
②A．v_生成（CO₂）=v_消耗（CO₂），平衡時，同一物質的生成速率與消耗速率相等，A正確；      
B．平衡時，各氣體的體積分數不再改變，B正確；
C．混合氣體的總質量不變，氣體總的物質的量減小，隨著反應進行，平均相對分子質量增大，平均相對分子質量不再改變，反應平衡，C正確；
D．平衡時，NO、CO、N₂、CO₂濃度均不再變化，D正確；
E．單位時間內生成2n mol碳氧雙鍵的同時消耗n mol N≡N，不能說明正逆反應速率相等，E錯誤；
故答案選：E；
③在t₂時刻，將容器迅速壓縮，則對原平衡為增大壓強，反應速率加快，該反應是個體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，正反應速率減慢至不再改變，故圖象為：；
故答案為；
（3）提高該反應的速率和NO的轉化率，即要求反應正向移動，
A．降低溫度，反應速率減慢，故錯誤；B．增大壓強同時加催化劑，速率加快，反應正向移動，NO的轉化率提高，故正確；C．升高溫度同時充入N₂，該反應是放熱反應，逆向移動，轉化率減小，故錯誤；D．及時將CO₂和N₂從反應體系中移走，反應正向移動，轉化率增大，但是反應速率減小，故錯誤；
故答案為：B；
（4）①分析圖，NO₂為中間產物，NO、CO、O₂為反應物，CO₂、N₂是生成物，則反應為：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4CO₂+N₂；
故答案為：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4CO₂+N₂；
②根據△G=△H-T△S，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，△G＞0，不能自發(fā)進行．．
故答案為：因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，都不能自發(fā)進行．

點評 本題涉及熱化學蓋斯定律的應用、化學平衡的有關計算、化學平衡狀態(tài)的判斷等方面的知識，屬于綜合知識的考查題，難度大．