Question

消除汽车尾气是减少城市空气污染的热点研究课题。

（1）汽车内燃机工作时发生的反应N₂(g) + O₂(g)2NO(g)，生成的NO是汽车尾气的主要污染物。T ℃时，向5L密闭容器中充入6.5 mol N₂和7.5 mol O₂，在5 min时反应达到平衡状态，此时容器中NO的物质的量是5 mol（不考虑后续反应）。则：

①5 min内该反应的平均速率ν(NO) =                ；在T ℃时，该反应的平衡常数K =                。

② 反应开始至达到平衡的过程中，容器中下列各项发生变化的是        （填序号）。

a．混合气体的密度         b．混合气体的压强

c．正反应速率             d．单位时间内，N₂和NO的消耗量之比

（2）用H₂或CO催化还原NO可以达到消除污染的目的。

已知：2NO(g) = N₂(g) + O₂(g)     △H = —180.5 kJ·mol^－1

2H₂O(l) =2H₂(g) + O₂(g)     △H = +571.6 kJ·mol^－1

则H₂(g)与NO(g)反应生成N₂(g)和H₂O(l)的热化学方程式是

                                                                        。

（3）当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率。下图表示在其他条件不变时，反应2NO(g) + 2CO(g)  2CO₂(g) + N₂(g) 中，NO的浓度[c(NO)]随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线。

① 该反应的H        0 （填“＞”或“＜”）。

② 若催化剂的表面积S₁＞S₂ ，在右图中画出c(NO) 在T₁、 S₂  条件下达到平衡过程中的变化曲线（并作相应标注）。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

    （1）（共9分）① 0.2 mol·L^－1·min^－1 （2分）       1.25（3分）     ② c d（4分）

    （2）（共3分）2H₂(g) + 2NO(g)=N₂(g) + 2H₂O(l)   △H = －752.1 kJ·mol^－1

（3）（共4分）① ＜（2分）    

②（2分）见图：

【解析】

试题分析：（1）①由于c=n/V，各组分变化浓度之比等于系数之比，由此推断该反应体系中各组分的（起始、变化、平衡）浓度，则：

N₂(g) +  O₂(g) 2NO(g)

起始浓度（mol/L）    1.3      1.5        0

变化浓度（mol/L）    0.5      0.5        1

平衡浓度（mol/L）    0.8      1.0        1

根据平均反应速率的定义式，v(NO)===0.2mol/(L•min)

根据化学平衡常数的定义式，K==mol²/L²≈1.25

②混合气体的密度等于混合气体总质量除以容器体积，由于该反应各组分都是气体，所以混合气体总质量始终保持不变，容器体积始终为5L，因此混合气体密度始终保持不变，且密度不变不能说明达到平衡，故a错误；由于N₂(g)+ O₂(g)2NO(g)的正反应是气体物质的量保持不变的反应，则混合气体总的物质的量始终不变，且容器内混合气体的压强始终不变不能说明达到平衡，故b错误；从反应开始达到平衡，反应物浓度逐渐减小，所以正反应速率逐渐减小，故c正确；单位时间内，N₂和NO的消耗量之比就是正反应速率和逆反应速率之比，反应开始时，正反应速率最大、逆反应速率最小，此时N₂和NO的消耗量之比最大，反应达到平衡时，正反应速率=逆反应速率，此时N₂和NO的消耗量之比最小（为1/2），故d正确；

（2）根据盖斯定律，已知的前一个热化学方程式减去后一个热化学方程式，可以得到：2H₂(g) + 2NO(g)=N₂(g) + 2H₂O(l)   △H = －752.1 kJ·mol^－1；（3）读图，两条曲线先后达到平衡，说明T₂>T₁，即升高温度，平衡时c(NO)增大，由于升温平衡向吸热方向移动，c(NO)增大说明平衡向逆反应方向移动，则逆反应是吸热反应，所以正反应是放热反应，△H<0；画图要点：S₁变为S₂，即减小催化剂表面积，反应速率减小，单位时间内NO的变化浓度减小，则T₁、S₂的曲线位于T₁、S₁曲线的右边；催化剂不能使平衡移动，所以NO的平衡浓度与T₁、S₁曲线相同，只是达到平衡的时间比T₁、S₁曲线增大。

考点：考查化学反应原理，涉及求平均反应速率、化学平衡常数、化学平衡的建立、盖斯定律、热化学方程式、放热反应、吸热反应、画催化剂对反应速率和平衡移动的影响曲线。