Question

【題目】已知在298K和101kPa條件下，有如下反應：

反應Ⅰ：C(s) + O2(g) = CO2(g) △ H1＝－393.5 kJ·mol－1

反應Ⅱ：2C(s) + O2(g) = 2CO(g) △ H2＝－221 kJ·mol－1

反應Ⅲ：N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △ H3＝＋180.5 kJ·mol－1

試回答下列問題：

（1）汽車尾氣凈化原理為反應Ⅳ：2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g) △ H＝______，該反應能自發進行的條件是_______。（填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）。

（2）如果在一定溫度下，體積為 2 升的密閉容器中發生化學反應Ⅳ，0～4min各物質物質的量的變化如下表所示：

物質（mol） 時間	NO	CO	N2	CO2
起始	0.40		1.0
2 min 末		2.0	0.80	1.6
4 min 末				1.6

①求 0～2min 內用 CO 來表示的平均反應速率 v（CO）=________。

②試計算該溫度下反應Ⅳ 的化學平衡常數 K=_________。

（3）若一定溫度下，在容積可變的密閉容器中，上述反應Ⅳ達到平衡狀態，此時容積為3L， c(N2)隨時間 t 的變化曲線 x 如圖所示。

①若在 t2min時改變一個條件，c(N2)隨反應時間 t 的變化如曲線 y 所示，則改變的條件是______。

②若在t2min時升高溫度，t3min時重新達到平衡，請在圖中畫出在 t2～t4 內 c(N2)的變化曲線______。

Answer 1

【答案】-746.5 kJ·mol－1低溫0.10 mol·Lˉ1·minˉ11.6快速將容器體積由3L壓縮到2L【答題空6】起點、拐點時間及趨勢正確均給分

【解析】

已知在298K和101kPa條件下，有如下反應：

反應Ⅰ：C(s) + O2(g) = CO2(g) △ H1＝－393.5 kJ·mol－1

反應Ⅱ：2C(s) + O2(g) = 2CO(g) △ H2＝－221 kJ·mol－1

反應Ⅲ：N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △ H3＝＋180.5 kJ·mol－1

試回答下列問題：

(1)根據蓋斯定律可知反應Ⅳ由(反應Ⅰ×2-反應Ⅱ-反應Ⅲ)得到，則△H＝(－393.5 kJ·mol－1)×2-(－221 kJ·mol－1)-(＋180.5 kJ·mol－1)= -746.5 kJ·mol－1；由△G＝△H-T△S＜0，其中△H＜0、△S＜0，可知該反應在低溫下能自發進行；

(2)①求 0～2min 內N2的變化物質量為：1.0 mol-0.80 mol=0.2mol，則CO的變化物質的量為0.4mol，用 CO 來表示的平均反應速率 v(CO)=0.4mol÷2 L÷2 min=0.10 mol·Lˉ1·minˉ1 ；

②2min～4min 時CO2的物質的量沒有發生變化，可知2min時反應達到平衡，此時： 2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)

起始物質的量(mol) 0.4 1.0 0

變化物質的量(mol) 0.4 0.4 0.2

平衡物質的量(mol) 0.8 2.0 0.8 1.6

平衡濃度為(mol/L) 0.4 1.0 0.4 0.8

該溫度下反應Ⅳ 的化學平衡常數 K=(0.4×0.82)÷(0.42×1.02)=1.6；

(3)①由圖示可知c(N2)的濃度瞬間增大為原來的1.5倍，可通過快速將容器體積由3L壓縮到2L即可；

②t2min時升高溫度平衡逆向移動，c(N2)的濃度會減小，重新形成新的平衡狀態，所得曲線如圖所示：。