Question

17．某市对大气进行检测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5um的悬浮颗粒物）其主要来源为燃烧、机动车尾气等．因此，对PM2.5、SO₂、NO等进行研究具有重要意义．回答下列问题：
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180KJ/mol
CH₄可用于燃烧脱硝，CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l）△H=-1250.3kJ/mol．
（2）汽车尾气中NO_x和CO的生成及转化
①已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
汽车启动后，气缸温度较高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快；温度升高，有利于平衡反应正向进行．
②汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO；
2CO（g）═2C（s）+O₂（g）已知反应的△H＞0，简述该设想能否实现的依据否，该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行．
③目前，在汽车尾气系统中安装催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学方程式为2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．
（3）一定温度下，在密闭容器中反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.20KJ/mol达到平衡．其他条件不变时，下列措施能提高NO₂转化率的是bc（填字母）
a．减小NO₂的浓度    b．降低温度    c．增加NO₂的浓度     d．升高温度
在一定温度和压强下，密闭容器中N₂O₄和NO₂的混合气体达到平衡时，c（N₂O₄）=0.0120mol/L（已知2NO₂（g）?N₂O₄（g）反应在该温度下的平衡常数K=$\frac{40}{3}$）．计算平衡时NO₂物质的量浓度为0.030mol/L．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
根据盖斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），据此计算；
（2）①依据影响化学反应速率和化学平衡的因素分析判断；
②依据反应自发进行的条件是△H-T△S＜0分析判断；
③在汽车尾气系统中安装催化转化器可将CO和NO转化为氮气和二氧化碳；
（3）该反应是反应前后气体体积减小的、放热的可逆反应，要提高二氧化氮的转化率，只要改变条件使化学平衡向正反应方向移动即可；
根据平衡常数表达式结合三行式来计算物质的平衡浓度．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1，②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
根据盖斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H=-890.3kJ•mol^-1-2×（+180kJ•mol^-1）=-1250.3 kJ•mol^-1，
故答案为：-1250.3kJ/mol；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0，反应时气体体积不变的吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡右移，单位时间内NO排放量越大；
故答案为：温度升高，反应速率加快；温度升高，有利于平衡反应正向进行；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0，反应是焓变增大，熵变减小的反应，△H＞0，△S＜0，则△H-T△S＞0，反应任何温度下都不能自发进行；
故答案为：否，该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行；
③在汽车尾气系统中安装催化转化器可减少CO和NO的污染，生成产物为二氧化氮和氮气，反应的化学方程式为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂；
（3）该反应是反应前后气体体积减小的、放热的可逆反应，要使该反应向正反应方向移动，可改变反应物的浓度、体系的压强、温度等．
a．减小N0₂的浓度，平衡向逆反应方向移动，N0₂的转化率降低，故a错误；
b．降低温度，平衡向正反应方向移动，N0₂的转化率提高，故b正确；
c．增加N0₂的浓度，平衡向正反应方向移动，且体系压强增大，也利于反应向正反应方向移动，故c正确；
c．升高温度，平衡向逆反应方向移动，N0₂的转化率降低，故c错误；
根据题意知平衡时：c（N₂O₄）=0.0120mol/L，设c（NO₂）=xmol/L，则 K=$\frac{0.012}{{x}^{2}}$=$\frac{40}{3}$，解得：x=0.030mol/L，
故答案为：bc；c（NO₂）=0.030mol/L．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡计算、反应热与焓变、氮的氧化物性质应用等知识，题目难度中等，注意掌握盖斯定律的内容及应用方法，明确化学平衡常数的概念及表达式，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．