Question

【題目】我國(guó)科研人員在探究如何降低大氣中氮氧化物與碳氧化物的含量方面做出了巨大貢獻(xiàn)，并取得了顯著的成績(jī)。

(1)反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H<0，可用于凈化汽車尾氣，已知570K時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)速率極慢，平衡常數(shù)極大。提高尾氣凈化效率的最佳途徑是下列措施中的______(填標(biāo)號(hào))；若要凈化汽車尾氣的同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的平衡轉(zhuǎn)化率，且只改變一個(gè)反應(yīng)條件，則應(yīng)采取的措施是____(填標(biāo)號(hào))。

a.研制、使用高效催化劑 b.升高溫度

c.增大壓強(qiáng) d.用堿溶液吸收CO2

(2)已知：△H=產(chǎn)物的總摩爾生成焓-反應(yīng)物的總摩爾生成焓。25℃，101kPa時(shí)，NO、CO、CO2、N2的摩爾生成焓分別為+90.3kJ·mol-1、-110.5kJ·mol-1、-393.5kJ·mol-1、0 kJ·mol-1，則2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)的△H=___________________。

(3)某科研小組根據(jù)反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)來(lái)探究反應(yīng)物起始時(shí)的碳氮比對(duì)污染物去除率的影響。T℃時(shí)，向體積為1L的恒容密閉容器中充入總物質(zhì)的量為4mol的NO和CO混合氣體，并加入一定量的固體催化劑進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡體系中氣體組分轉(zhuǎn)化率和氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)的變化如圖所示。

①根據(jù)圖像推測(cè)轉(zhuǎn)化率1曲線表示的是____________(填“CO”或“NO”)。

②A點(diǎn)時(shí)，=_______________，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為____________；T℃時(shí)，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________________。

(4)已知：△G=△H-T△S；②△G=-RTlnK，其中K為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，氣體常數(shù)R=8.314×10-3kJ·mol-1·K-1。298K、101kPa時(shí)，2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)的△G=-687.6kJ·mol-1，該反應(yīng)的△G>△H，原因是_________________。298K時(shí)，該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K=___________(用含e的指數(shù)表示，列出計(jì)算式即可)。

Answer 1

【答案】 a c -746.6 kJ·mol-1 NO 1 25% 80 L·mol-1 該反應(yīng)的ΔS＜0，所以ΔG=ΔH+∣TΔS∣＞ΔH e 687.6/(0.298×8.314)

【解析】分析：本題考查外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響、反應(yīng)熱的計(jì)算、圖像的分析、化學(xué)平衡的計(jì)算、根據(jù)題給公式解題的能力。

（1）反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）ΔH0，該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng)，根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響判斷。

（2）根據(jù)題給已知：ΔH=產(chǎn)物的總摩爾生成焓-反應(yīng)物的總摩爾生成焓，代入數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）的ΔH。

（3）①增大某一反應(yīng)物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，自身轉(zhuǎn)化率反而減小，轉(zhuǎn)化率1曲線表示的是NO。

②A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)化率1和轉(zhuǎn)化率2相等，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)達(dá)最大值，則等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，即為1:1。用三段式和化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算。

（4）根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS分析，將題給數(shù)據(jù)代入ΔG=-RTlnK計(jì)算K。

詳解：（1）反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）ΔH0，該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng)。a項(xiàng)，研制、使用高效催化劑，可極大程度的加快反應(yīng)速率，化學(xué)平衡不移動(dòng)，NO的平衡轉(zhuǎn)化率不變；b項(xiàng)，升高溫度，能加快反應(yīng)速率，溫度每升高10℃，化學(xué)反應(yīng)速率增大到原來(lái)的2~4倍，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO的平衡轉(zhuǎn)化率減小；c項(xiàng)，增大壓強(qiáng)，能加快反應(yīng)速率，速率增大不明顯，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO的平衡轉(zhuǎn)化率增大；d項(xiàng)，用堿液吸收CO2，減小生成物濃度，反應(yīng)速率減慢，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO的平衡轉(zhuǎn)化率增大。在570K時(shí)反應(yīng)速率極慢，平衡常數(shù)極大，提高尾氣凈化效率的最佳途徑主要是明顯加快反應(yīng)速率，采取的措施是研制、使用高效催化劑，答案選a。若要凈化尾氣的同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施是增大壓強(qiáng)，答案選c。

（2）反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）的ΔH=產(chǎn)物的總摩爾生成焓-反應(yīng)物的總摩爾生成焓=（-393.5kJ/mol）2+0kJ/mol-[（+90.3kJ/mol）2+（-110.5kJ/mol）2]=-746.6kJ/mol。

（3）①根據(jù)圖像，隨著的增大，轉(zhuǎn)化率1逐漸增大，轉(zhuǎn)化率2逐漸減��；根據(jù)“增大某一反應(yīng)物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，自身轉(zhuǎn)化率反而減小”，轉(zhuǎn)化率1曲線表示的是NO。

②A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)化率1和轉(zhuǎn)化率2相等，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)達(dá)最大值，則等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，即為2:2=1:1。起始加入的NO、CO各為2mol，A點(diǎn)NO和CO的轉(zhuǎn)化率都為80%，用三段式

2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）

c（起始）（mol/L） 2 2 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）20.8 20.8 1.6 0.8

c（平衡）（mol/L） 0.4 0.4 1.6 0.8

氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為100%=25%。反應(yīng)的平衡常數(shù)K===80L/mol。

（4）該反應(yīng)的ΔGΔH的原因是：該反應(yīng)的ΔS0，則ΔG=ΔH-TΔS=ΔH+∣TΔS∣ΔH。ΔG=-RTlnK，lnK=-=-=，K=。