Question

9．2014年初霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面（S）和時(shí)間（t）的變化曲線如圖2所示．據(jù)此判斷：
①在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.025mol•L^-1•s^-1．
②當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在上圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．
③若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖1正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD．
（2）煤燃燒產(chǎn)生的煙氣中有含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
①已知甲烷的燃燒熱為890kJ•mol^-1；1mol水蒸氣變成液態(tài)水放熱44kJ；N₂與O₂生成NO的過程如下，

CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-612kJ•mol^-1．
②在恒壓下，將CH₄（g）和NO₂（g）置于密閉容器中，也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：
CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，提高NO₂轉(zhuǎn)化率的措施有BC．
A．增加原催化劑的表面積        
B．降低溫度  
C．減小投料比[$\frac{n（N{O}_{2}）}{n（C{H}_{4}）}$]
D．增大壓強(qiáng)
（3）在容積相同的兩個(gè)密閉容器內(nèi)（裝有等量的某種催化劑）先各通入等量的CH₄，然后再分別充入等量的NO和NO₂．在不同溫度下，同時(shí)分別發(fā)生上述的兩個(gè)反應(yīng)：并在t秒時(shí)測定其中NO_x轉(zhuǎn)化率，繪得圖象如圖3所示：
從圖中可以得出的結(jié)論是結(jié)論：在250～450℃時(shí)，NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，450～600℃時(shí)NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小
推測原因是在250～450℃時(shí)，NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，反應(yīng)未建立平衡，溫度升高反應(yīng)一定正向進(jìn)行；450～600℃（溫度較高）時(shí)，反應(yīng)已達(dá)平衡，所以，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高反而減�。�
結(jié)論二：相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率比NO₂的低．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，T₂溫度平衡時(shí)，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同；
③A．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B．到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
C．t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D．到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（2）①根據(jù)圖2寫出熱化學(xué)方程式，利用甲烷燃燒熱寫出熱化學(xué)方程式，根據(jù)1mol水蒸氣變成液態(tài)水放熱44kJ寫出熱化學(xué)方程式，再利用蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素判斷；
（3）根據(jù)圖象中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率變化趨勢判斷；根據(jù)圖象中，兩種氮氧化物轉(zhuǎn)化率大小判斷．

解答 解：（1）①由圖可知，T₂溫度時(shí)2s到達(dá)平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$0.05mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為，故答案為：；
③A．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，故B正確；
C、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故D正確，
故答案為：BD；
（2）①根據(jù)圖2，舊鍵斷裂吸收能量為：945+498=1443KJ/mol，放出能量為：2×630=1260KJ/mol，則熱化學(xué)方程式為2NO=O₂+N₂△H=-1260+1443=183KJ/mol①；甲烷燃燒熱為890kJ/mol，可寫出熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-890kJ/mol②；
H₂O（g）=H₂O（l），△H=-44kJ/mol③；由蓋斯定律可知②+①×2-③×2，可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，則△H=-890kJ/mol+183/mol×2-（44kJ/mol）×2=-612kJ•mol^-1，
故答案為：-612kJ•mol^-1；
②A．增加原催化劑的表面積，同時(shí)加快正逆反應(yīng)速率，化學(xué)平衡不移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)△H＜0，正反應(yīng)方向放熱，降低溫度向正反應(yīng)方向進(jìn)行，可提高轉(zhuǎn)化率，故B正確；
C．減小投料比，則相當(dāng)于增大了甲烷濃度，可提高NO₂轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D．反應(yīng)前后氣體體積之和相同，增大壓強(qiáng)化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)，故D錯(cuò)誤；
故選：BC；
（3）在250℃-450℃時(shí)，NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，說明溫度升高有利于反應(yīng)的正向進(jìn)行，推知反應(yīng)未達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)，升高溫度加快反應(yīng)速率，故轉(zhuǎn)化率增大；450℃-600℃（溫度較高）時(shí)，轉(zhuǎn)化率降低，即升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
圖象中不難看出相同溫度下NO轉(zhuǎn)化效率高于NO₂的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：在250℃-450℃時(shí)，NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大：反應(yīng)未建立平衡，溫度升高反應(yīng)一定正向進(jìn)行；450℃-600℃（溫度較高）時(shí)，反應(yīng)已達(dá)平衡，所以，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高反而減�。幌嗤瑴囟认翹O轉(zhuǎn)化效率比NO₂的低．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、平衡常數(shù)計(jì)算等，題目綜合性較大，較難，是對知識的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識的理解掌握．