Question

【題目】研究氮的氧化物、碳的氧化物等大氣污染物的處理具有重要意義。

I.已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ·mol-1

②CO的燃燒熱△H=-283 kJ·mol-1。

(1)汽車排氣管內安裝的催化轉化器，可使尾氣中主要污染物(NO和CO)轉化為無毒的大氣循環物質，該反應的熱化學方程式為________________________________。

(2)一定溫度下，在恒容密閉容器中充入1 mol NO和2 mol CO進行該反應，下列不能判斷反應達到化學平衡狀態的是___________(用序號填空)

①單位時間內消耗a mol CO的同時生成2a mol NO

②混合氣體的平均相對分子質量不再改變

③混合氣體中NO和CO的物質的量之比保持不變

④混合氣體的密度不再改變

II.臭氧是理想的煙氣脫硝試劑，其脫硝反應為2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，向甲、乙兩個體積都為1.0 L的恒容密閉容器中分別充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，分別在T1、T2溫度下，經過一段時間后達到平衡。反應過程中n(O2)隨時間(t)變化情況見下表：

(3)T1______T2(填>、<或=，下同)，該反應△H________0。

(4)甲容器中，0～3s內的平均反應速率v(NO2)=________。

(5)甲容器中NO2平衡轉化率為__________，T1時該反應的平衡常數為__________。

Answer 1

【答案】2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol ①④ > < 0.24 mol/(L·s) 80.0% 20

【解析】

I．(1)將已知的兩個熱化學方程式疊加，可得相應的熱化學方程式；

(2)根據化學平衡狀態的特征解答，當反應達到平衡狀態時，正、逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化；

II．(3)發生反應2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，溫度高，速率快，達到平衡所需要的時間縮短，據此分析比較溫度，利用溫度與O2的平衡含量分析判斷；

(4)對于甲容器中，0～3s內的平均反應速率v(NO2)=2v(O2)，根據圖表數據計算氧氣的反應速率得到；

(5)根據O2的平衡濃度計算各種物質的平衡濃度，然后利用物質轉化率等于轉化量與起始量的比計算NO2的轉化率；利用平衡常數含義計算甲在溫度為T1時的平衡常數。

I．(1)已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ/mol

②CO的燃燒熱△H=-283 kJ/mol，熱化學方程式：CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ/mol

根據蓋斯定律計算②×2-①得到該反應的熱化學方程式：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol；

(2)①單位時間內消耗a mo1CO的同時生成2a mol NO，反應逆向進行，正、逆反應速率不等，說明沒有反應達到平衡狀態，①錯誤；

②反應前后氣體質量不變，氣體物質的量為變量，當混合氣體的平均相對分子質量不再改變，說明各組分的濃度不再變化，該反應達到平衡狀態，②正確；

③一定溫度下，在恒容密閉容器中充入1 mol NO和2 mol CO進行該反應，反應中NO和CO按照1：1反應進行，混合氣體中NO和CO的物質的量之比保持不變，說明反應達到平衡狀態，③正確；

④反應前后氣體質量和體積不變，混合氣體的密度始終不改變，不能根據混合氣體的密度判斷平衡狀態，④錯誤；

故合理選項是①④；

II．(3)可逆反應2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，甲、乙兩個體積都為1.0 L的恒容密閉容器中分別充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，分別在T1、T2溫度下，經過一段時間后達到平衡，圖表數據可知，甲容器中達到平衡時間短，速率快，說明反應的溫度高，因此溫度T1>T2；根據表格數據可知：升高溫度，反應達到平衡時 O2的含量比溫度低時低，說明升高溫度，化學平衡逆向移動，根據平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應分析移動，逆反應為吸熱反應，則該該反應的正反應為放熱反應，所以△H<0；

(4)甲容器中，0～3s內的平均反應速率v(NO2)=2v(O2)=2×=0.24 mol/(L·s)；

對于甲容器，發生反應2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，反應達到平衡時n(O2)=0.8 mol，會同時反應n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol，反應消耗n(O3)=0.8 mol，n(NO2)=2×0.8 mol=1.6 mol，所以平衡時n(N2O5)=2.0 mol-1.6 mol=0.4 mol，n(O3)=1.0 mol-0.8 mol=0.2 mol，n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol，所以甲容器中NO2平衡轉化率=×100%=80.0%；反應容器的容積是1L，所以各種物質的平衡時的物質的量為物質的平衡濃度，則該反應的化學平衡常數K==20。