Question

17．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環(huán)境的首要任務．
（1）汽車內燃機工作時發(fā)生反應：N₂（g）+O₂（g）2NO（g），是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一．T℃時，向5L密閉容器中充入6.5molN₂和7.5molO₂，在5min時反應達到平衡狀態(tài)，此時容器中NO的物質的量是5mol．
①5min內該反應的平均速率υ （NO）=0.2mol/（L•min）；在T℃時，該反應的平衡常數
K=1.25．
②反應開始至達到平衡的過程中，容器中下列各項發(fā)生變化的是cd（填序號）．
a．混合氣體的密度         b．混合氣體的壓強
c．正反應速率             d．單位時間內，N₂和NO的消耗量之比
（2）H₂或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的．
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）反應生成N₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式是2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol．
（3）當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．如圖表示在其他條件不變時，反應：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該反應的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（NO）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）①利用三段法“開始 變化 平衡”列出各組分數據，代入化學反應速率和化學平衡常數表達式計算；
②a．混合氣體的總質量不變，容器的體積不變，據此判斷；
b．混合氣體總的物質的量不變，容器體積不變，據此判斷；
c．隨反應進行，反應物濃度降低，正反應速率逐漸降低；
d．隨反應進行，反應物濃度降低，正反應速率逐漸降低，生成物的濃度增大，逆反應速率增大，故單位時間內，N₂的消耗量減小，NO的消耗量增大；
（2）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數進行相應的計算；
（3）①根據到達平衡的時間，判斷溫度高低，再根據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，據此判斷反應熱效應；
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，據此作圖．

解答 解：（1）①T℃時，向 5L密閉容器中充入6.5molN₂和7.5molO₂，在5min時反應達到平衡狀態(tài)，此時容器中NO的物質的量是5mol，
由題中所給數據可知：
                             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始濃度（mol•L^-1）1.3      1.5              0
轉化濃度（mol•L^-1）0.5      0.5             1.0
平衡濃度（mol•L^-1）0.8      1.0             1.0
則υ（NO）=$\frac{1.0mol/L}{5min}$=0.2mol/（L•min），K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{{1}^{2}}{0.8×1.0}$=1.25，
故答案為：0.2mol/（L•min）；1.25；
②a．混合氣體的總質量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度不變，故a不符合；
b．混合氣體總的物質的量不變，容器體積不變，混合氣體的壓強不變，故b不符合；
c．隨反應進行，反應物濃度降低，正反應速率逐漸降低，故c符合；
d．隨反應進行，反應物濃度降低，正反應速率逐漸降低，生成物的濃度增大，逆反應速率增大，故單位時間內，N₂的消耗量減小，NO的消耗量增大，單位時間內，N₂和NO的消耗量之比減小，故d符合；
故答案為：cd；
（2）①已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ•mol^-1
依據蓋斯定律可知②-①得：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H，
△H=（-571.6kJ/mol）-180.5kJ/mol═-752.1kJ/mol；由于正反應放熱（△H＜0），且正反應方向氣體體積減小，為熵減小的方向，即△S＜0，△H-T•△S＜0，反應自發(fā)進行，所以T較小才可以，即低溫下自發(fā)，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol；
（3）①溫度T₂到達平衡的時間短，反應速率快，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移動，故正反應為放熱反應，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 本題主要考查化學反應速率、影響化學平衡的因素、化學平衡圖象以及熱化學方程式的書寫等，（3）中注意根據“先拐先平數值大”原則判斷溫度高低是關鍵，作圖時注意到達平衡的時間與平衡時NO的濃度，難度不大．