Question

14．汽車尾氣是城市的主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣成為保護(hù)環(huán)境的首要任務(wù)．在汽車上安裝三效催化轉(zhuǎn)化器，可使汽車尾氣中的主要污染物進(jìn)行相互反應(yīng)，生成無毒物質(zhì)；或者使用新型燃料電池作汽車動力，減少汽車尾氣污染．
（1）H₂或CO可以催化還原NO以達(dá)到消除污染的目的．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
則H₂（g）與NO（g）反應(yīng)生成N₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式是2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ•mol^-1．
（2）當(dāng)質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．圖表示在其他條件不變時，反應(yīng)：2CO（g）+2NO（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(dá)到平衡過程中的變化曲線．
（3）在某溫度時，按下列流程探究某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間/s	0	1	2	3	4
c （NO）（×10-3 mol•L-1）	1.00	0.50	0.20	0.10	0.10
c （CO）（×10-3 mol•L-1）	3.00	2.50	2.20	2.10	2.10

不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響，按要求完成以下計算（寫出計算過程，只寫出計算結(jié)果的不給分）：①計算前2s內(nèi)的△c （CO₂）；
②計算前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （N₂）；
③計算達(dá)到平衡時NO的轉(zhuǎn)化率．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）；
（2）①根據(jù)到達(dá)平衡的時間，判斷溫度高低，再根據(jù)不同溫度下到達(dá)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(dá)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；
（3）反應(yīng)為：2CO（g）+2NO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），
①結(jié)合圖表數(shù)據(jù)計算得到前2s內(nèi)的△c （CO₂）；
②利用圖表數(shù)據(jù)和化學(xué)平衡三行計算分別列式計算得到前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （N₂）；
③3s反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，NO物質(zhì)的量濃度1×10^-3 mol•L^-1 變化為0.1×10^-3 mol•L^-1，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ•mol^-1，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ•mol^-1；
（2）①溫度T₂到達(dá)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(dá)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(dá)到平衡過程中的變化曲線為，故答案為：；
（3）2CO（g）+2NO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）   
起始濃度（×10^-3 mol•L^-1）  3.00          1.00              0             0   
2s末濃度（×10^-3 mol•L^-1）  2.20           0.20             0.80          0.40    
2s變化濃度（×10^-3 mol•L^-1）0.80          0.80             0.80          0.40
平衡濃度（×10^-3 mol•L^-1）  2.10           0.10             0.90          0.45    
①△c （CO₂）=0.80 mol•L^-1，答：前2s內(nèi)的△c （CO₂）為0.80 mol•L^-1 ；
②v （N₂）=$\frac{0.40molL}{2s}$=0.20 mol•L^-1•s^-1，
答：0.20 mol•L^-1•s^-1 ；
③依據(jù)上述三行計算得到平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.00×1{0}^{-3}-0.1×1{0}^{-3}}{1.00×1{0}^{-3}}$×100%=90%，
答：達(dá)到平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為90%．

點(diǎn)評 本題主要考查化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡圖象以及熱化學(xué)方程式的書寫等，注意根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”原則判斷溫度高低是關(guān)鍵，作圖時注意到達(dá)平衡的時間與平衡時NO的濃度，難度不大．