Question

16．減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣中的排放是環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容之一．
（1）己知：N₂ （g）+O₂ （g）=2NO （g）△H=+180.5kJ•mol^-1
C（s）+O₂ （g）=CO₂ （g）△H=-393.5kJ•mol^-1
2C （s）+O₂（g）=2CO （g）△H=-221kJ•mol^-1
若某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，
請寫出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol^-1．
（2）用CH₄催化還原NO_x可以消除污染，若將反應(yīng)CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂設(shè)計為原電池，電池內(nèi)部是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，可以傳導(dǎo)O^2-，則電池的正極反應(yīng)式為2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-．
（3）利用H₂和CO₂在一定條件下可以合成乙烯：6H₂（g）+2CO₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）  己知不同溫度對CO₂的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關(guān)說法不正確的是①③④（填序號）．

①不同條件下反應(yīng)，N點的速率最大
②M點時平衡常數(shù)比N點時平衡常數(shù)大
③溫度低于250℃時，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率增大
④實際反應(yīng)應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行，以提高CO₂的轉(zhuǎn)化率
（4）在密閉容器中充入5mol CO和4mol NO，發(fā)生上述（1）中某反應(yīng)，如圖為平衡時NO的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系．

回答下列問題：
①溫度：T₁＞ T₂（填“＜”或“＞”）．
②某溫度下，若反應(yīng)進(jìn)行到10分鐘達(dá)到平衡狀態(tài)D點時，容器的體積為2L，則此時的平衡常數(shù)K=0.22 L•mol^-1（結(jié)果精確到兩位小數(shù)）；用CO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率V（CO）=0.1 mol/（L•min）．
③若在D點對反應(yīng)容器升溫的同時擴(kuò)大體積至體系壓強(qiáng)減小，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A～G點中的A點．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式書寫熱化學(xué)方程式，結(jié)合已知的熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到縮小熱化學(xué)方程式的焓變，得到此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）若將反應(yīng)CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂設(shè)計為原電池，電池內(nèi)部是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，可以傳導(dǎo)O^2-，負(fù)極為甲烷失電子生成二氧化碳，正極二氧化氮得到電子生成氮氣，用氧離子配平電荷守恒得到電極反應(yīng)；
（3）①溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快，催化劑的催化效率降低；
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向進(jìn)行；
③該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動；
④溫度越低催化劑活性越小，反應(yīng)速率越慢；
（4）①根據(jù)反應(yīng)2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ•mol^-1，升高溫度，平衡逆向移動，所以NO的體積分?jǐn)?shù)會增大；
②化學(xué)平衡三行計算列式計算平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；用CO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{△c}{△t}$；
③根據(jù)三行式結(jié)合化學(xué)平衡移動原理來回答．

解答 解：（1）若某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：k=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，反應(yīng)為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），
①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
③2C（s）+O ₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
蓋斯定律計算②×2-③-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•molˉ¹，
故答案為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1；
（2）若將反應(yīng)CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂設(shè)計為原電池，電池內(nèi)部是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，可以傳導(dǎo)O^2-，負(fù)極為甲烷失電子生成二氧化碳，正極二氧化氮得到電子生成氮氣，用氧離子配平電荷守恒得到電極反應(yīng)，正極電極反應(yīng)為：2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-，
故答案為：2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-；
（3）①溫度越高，反應(yīng)速率越大，但M、N點溫度、催化劑均不同，則N點速率不最大，故①錯誤；
②升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故②正確；
③溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進(jìn)行乙烯的產(chǎn)率減小，故③錯誤；
④為提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，平衡正向進(jìn)行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，故④錯誤；
故答案為：①③④；
（4）①根據(jù)反應(yīng)2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ•mol^-1，升高溫度，平衡逆向移動，所以NO的體積分?jǐn)?shù)會增大，即T₁＞T₂，
故答案為：＞；
②某溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)D點時，NO的體積分?jǐn)?shù)是25%，設(shè)CO的變化濃度是x，
                 2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
初始濃度：2.5             2                  0            0
變化濃度：x                 x                0.5x             x
平衡濃度：2.5-x             2-x               0.5x                x
NO的體積分?jǐn)?shù)是25%，即$\frac{2-x}{2.5-x+2-x+0.5x+x}$×100%=25%，解得x=1，此時K=$\frac{{1}^{2}×0.5}{1．{5}^{2}×1}$=0.22 L•mol^-1；
用CO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率V（CO）=$\frac{1mol/L}{10min}$=0.1 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.22 L•mol^-1；0.1 mol/（L•min）；
③若在D點對反應(yīng)容器升溫的同時擴(kuò)大體積使體系壓強(qiáng)減小，則平衡會逆向移動，NO的體積分?jǐn)?shù)增加，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A點，
故答案為：A．

點評 本題涉及蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計算，電極反應(yīng)式的書寫知識，注意知識的綜合應(yīng)用是關(guān)鍵，題目難度中等．