Question

14．汽车尾气净化中的一个反应如下：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），请回答下列问题．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol
则：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g） 的△H=-746.5kJ/mol．
（2）在一定温度下，向体积为V L的密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生可逆2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．在t₁时刻达到平衡状态，此时n（CO）=a mol，n（NO）=2a mol，n（N₂）=b mol，且平衡时N₂的体积分数为$\frac{1}{4}$．
①则该反应的平衡常数K=$\frac{27V}{a}$．（用含a、V的式子表示）若保持温度不变，平衡后在此基础上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO，平衡将不移动（填“向左”、“向右”或“不”）．
②在一定温度恒容容器中发生以上反应，下列各种情况，不能说明该反应已经达到平衡的是E．
A．v_生成（CO₂）=v_消耗（CO₂）        
B．各气体的体积分数不再改变
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变  
D．NO、CO、N₂、CO₂浓度均不再变化
E．单位时间内生成2n mol碳氧双键的同时消耗n mol N≡N
③在t₂时刻，将容器迅速压缩到原容积的$\frac{1}{2}$，在其它条件不变的情况下，t₃时刻达到新的平衡状态．请在图1中补充画出t₂-t₃-t₄时段，正反应速率的变化曲线．
（3）如果要净化汽车尾气的同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施是B．
A．降低温度                               B．增大压强同时加催化剂
C．升高温度同时充入N₂ D．及时将CO₂和N₂从反应体系中移走
（4）为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染，给汽车安装尾气净化装置．净化装置里装有含Pd等过渡元素的催化剂，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如图2所示．

①写出上述变化中的总化学反应方程式：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$4CO₂+N₂．
②有人提出，可以设计反应2CO（g）═2C（s）+O₂（g） 来消除CO的污染．请你判断是否可行，并说出理由：因为△H＞0，△S＜0，在任何情况下，都不能自发进行．

Answer 1

分析 （1）已知①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol，
根据盖斯定律：②×2-①-③可得；
（2）①根据题找到a、b的关系式，再由化学平衡常数概念列式，代值得；保持温度不变，计算平衡后在此基础上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO的Qc，与k比较；
②根据平衡特征：正逆反应速率相等，各组分含量不再变化判断；
③根据影响化学平衡的因素作答；
（3）提高该反应的速率和NO的转化率，即要求反应正向移动；
（4）①分析图，NO₂为中间产物，NO、CO、O₂为反应物，CO₂、N₂是生成物；
②根据△G=△H-T△S，因为△H＞0，△S＜0，在任何情况下，都不能自发进行．

解答 解：（1）已知①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol，
根据盖斯定律：②×2-①-③可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-393.5kJ/mol×2-（+180.5kJ/mol）-（-221kJ/mol）=-746.5kJ/mol；
故答案为：-746.5；
（2）①反应2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．在t₁时刻达到平衡状态，此时n（CO）=a mol，n（NO）=2a mol，n（N₂）=b mol，则n（CO₂）=2b mol，N₂的体积分数为$\frac{1}{4}$，则有：$\frac{b}{2a+a+b+2b}$=
$\frac{1}{4}$，解得b=3a，K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）^2}{c（NO）^2•c（CO）^2}$=$\frac{（3mol÷VL）•（6amol÷VL）^3}{（2amol÷VL）^2•（amol÷VL）^2}$=$\frac{27V}{a}$；保持温度不变，平衡后在此基础上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO，此时Qc=$\frac{（6a÷V）^2×（12a÷V）}{（4a÷V）^2•（a÷V）^2}$=$\frac{27V}{a}$=K，平衡不移动；
故答案为：$\frac{27V}{a}$；不；
②A．v_生成（CO₂）=v_消耗（CO₂），平衡时，同一物质的生成速率与消耗速率相等，A正确；      
B．平衡时，各气体的体积分数不再改变，B正确；
C．混合气体的总质量不变，气体总的物质的量减小，随着反应进行，平均相对分子质量增大，平均相对分子质量不再改变，反应平衡，C正确；
D．平衡时，NO、CO、N₂、CO₂浓度均不再变化，D正确；
E．单位时间内生成2n mol碳氧双键的同时消耗n mol N≡N，不能说明正逆反应速率相等，E错误；
故答案选：E；
③在t₂时刻，将容器迅速压缩，则对原平衡为增大压强，反应速率加快，该反应是个体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，正反应速率减慢至不再改变，故图象为：；
故答案为；
（3）提高该反应的速率和NO的转化率，即要求反应正向移动，
A．降低温度，反应速率减慢，故错误；B．增大压强同时加催化剂，速率加快，反应正向移动，NO的转化率提高，故正确；C．升高温度同时充入N₂，该反应是放热反应，逆向移动，转化率减小，故错误；D．及时将CO₂和N₂从反应体系中移走，反应正向移动，转化率增大，但是反应速率减小，故错误；
故答案为：B；
（4）①分析图，NO₂为中间产物，NO、CO、O₂为反应物，CO₂、N₂是生成物，则反应为：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$4CO₂+N₂；
故答案为：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$4CO₂+N₂；
②根据△G=△H-T△S，因为△H＞0，△S＜0，在任何情况下，△G＞0，不能自发进行．．
故答案为：因为△H＞0，△S＜0，在任何情况下，都不能自发进行．

点评 本题涉及热化学盖斯定律的应用、化学平衡的有关计算、化学平衡状态的判断等方面的知识，属于综合知识的考查题，难度大．