Question

2013年初，全國各地多個城市都遭遇“十面霾伏”，造成“陰霾天”的主要根源之一是汽車尾氣和燃煤尾氣排放出來的固體小顆粒。

汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)+2CO(g) 2CO₂+N₂。在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c(CO₂)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線如下圖所示。據(jù)此判斷：

（1）該反應(yīng)為        反應(yīng)(填“放熱”或“吸熱”）：在T₂溫度下，0~2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率：v(N₂)=          ；（2）當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時，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，在答題卡上畫出 c(CO₂)在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線。

（3）某科研機(jī)構(gòu)，在t₁℃下，體積恒定的密閉容器中，用氣體傳感器測得了不同時間的NO和CO的濃度（具體數(shù)據(jù)見下表，CO₂和N₂的起始濃度為0）。

時間/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)/xl0-4 mol L-1	10．0	4．50	2．50	1．50	1．00	1．00
c(CO)/xl0-3 mol L-1	3．60	3．05	2．85	2．75	2．70	2．70

 

t₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=               ，平衡時NO的體積分?jǐn)?shù)為            。

（4）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是       (填代號）。（下圖中v_正、K、n、m分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量和質(zhì)量）

（5）煤燃燒產(chǎn)生的煙氣也含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_X可以消除氮氧化物的污染。

已知：CH₄(g)+2NO₂(g) = N₂ (g)+CO₂ (g)+2H₂O(g)    △H=-867．0 kJ • mol^-1

2NO₂ (g) N₂O₄ (g)                    △H=-56．9 kJ • mol^-1

H₂O(g) = H₂O(l)                           △H=-44．0 kJ • mol^-1

寫出CH₄催化還原N₂O₄ (g)生成N₂ (g)、CO₂ (g)和H₂O(l)的熱化學(xué)方程式            。

 

Answer 1

【答案】

 

（1）放熱  0．025 mol/(L·s)  （各2分，共4分）

（2）見圖（在T₁S₁下方，起點不變、終點在虛線后即可，合理均可）（2分）

               

（3）5000 L/mol  （2分）           2．41%    (2分)                 

（4）B D    （共2分，少選得1分，錯選不得分）

（5）CH₄(g)+N₂O₄(g)═N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) D H═ —898．1kJ/mol （2分）

【解析】

試題分析：⑴依據(jù)“先拐先平，數(shù)值大”的原則，可知：T₁＞T₂，而在T1條件下可知，二氧化碳的含量反而低，可知，升高溫度反應(yīng)逆向移動，因此正向是放熱的�；瘜W(xué)反應(yīng)速率等于單位時間內(nèi)反應(yīng)物或者生成物濃度的變化量，因此可以確定用二氧化碳表示的化學(xué)反應(yīng)速率就為：0.050 mol/(L·s)，再依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，可知；用氮氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率就為：0.025 mol/(L·s)。⑵增大表面積，只是增大反應(yīng)速率，并不影響二氧化碳的含量，因此，只是反應(yīng)達(dá)到平衡的時間延長，并不影響二氧化碳的量。

⑶     2NO(g)   +    2CO(g)        2CO₂       +          N₂

起始濃度：10^－3mol/L      3.6×10^－3mol/L        0                   0

轉(zhuǎn)化濃度：9.0×10^－4mol/L 9.0×10^－4mol/L      9.0×10^－4mol/L    4.5×10^－4mol/L

平衡濃度：10^－4mol/L      2.7×10^－3mol/L     9.0×10^－4mol/L     4.5×10^－4mol/L

因此平衡常數(shù)：

根椐，平衡時體積比等于物質(zhì)的量之比，等于濃度之比，所以平衡時NO的體積分?jǐn)?shù)為：

⑷A圖中正反應(yīng)速率反應(yīng)開始后是減小的，錯誤；B圖中表示的是化學(xué)平衡常數(shù)隨時間的變化，因為是絕熱的，而反應(yīng)又是放熱的，所以隨著反應(yīng)的進(jìn)行，放出的熱量散不出去，使反應(yīng)逆向移動，使得平衡常數(shù)減小，但在某一個時刻達(dá)到平衡狀態(tài)。正確；C圖中在t1后各自的物質(zhì)的量還在變化，則不是平衡狀態(tài)，錯誤；D圖中一氧化氮的質(zhì)量在t1時刻質(zhì)量不變，一定是一個平衡狀態(tài)。正確。

⑸    ①CH₄(g)+2NO₂(g) = N₂ (g)+CO₂ (g)+2H₂O(g)    △H=-867．0 kJ • mol^-1

②2NO₂ (g) N₂O₄ (g)                    △H=-56．9 kJ • mol^-1

③H₂O(g) = H₂O(l)                           △H=-44．0 kJ • mol^-1

①－②＋③×2：CH₄(g)+N₂O₄(g)═N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) D H═ —898．1kJ/mol

考點：考查化學(xué)平衡，熱化學(xué)的有關(guān)知識。