Question

【題目】我國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，并取得了顯著的成績。

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

a.研制、使用高效催化劑 b.升高溫度

c.增大壓強 d.用堿溶液吸收CO2

(2)已知：△H=產物的總摩爾生成焓-反應物的總摩爾生成焓。25℃，101kPa時，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)某科研小組根據反應2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)來探究反應物起始時的碳氮比對污染物去除率的影響。T℃時，向體積為1L的恒容密閉容器中充入總物質的量為4mol的NO和CO混合氣體，并加入一定量的固體催化劑進行反應，實驗測得平衡體系中氣體組分轉化率和氮氣的體積分數的變化如圖所示。

①根據圖像推測轉化率1曲線表示的是____________(填“CO”或“NO”)。

②A點時，=_______________，氮氣的體積分數為____________；T℃時，反應的平衡常數K=________________。

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

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化學反應速率和化學平衡的影響、反應熱的計算、圖像的分析、化學平衡的計算、根據題給公式解題的能力。

（1）反應2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）ΔH0，該反應的正反應是氣體分子數減小的放熱反應，根據外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響判斷。

（2）根據題給已知：ΔH=產物的總摩爾生成焓-反應物的總摩爾生成焓，代入數據計算反應2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g）的ΔH。

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

②A點對應的達到平衡時，轉化率1和轉化率2相等，氮氣的體積分數達最大值，則等于化學計量數之比，即為1:1。用三段式和化學平衡常數表達式計算。

（4）根據ΔG=ΔH-TΔS分析，將題給數據代入ΔG=-RTlnK計算K。

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

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

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

②A點對應的達到平衡時，轉化率1和轉化率2相等，氮氣的體積分數達最大值，則等于化學計量數之比，即為2:2=1:1。起始加入的NO、CO各為2mol，A點NO和CO的轉化率都為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

氮氣的體積分數為100%=25%。反應的平衡常數K===80L/mol。

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