Question

14．汽車尾氣凈化中的一個反應(yīng)如下：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），請回答下列問題．
（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
則：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g） 的△H=-746.5kJ/mol．
（2）在一定溫度下，向體積為V L的密閉容器中充入一定量的NO和CO，發(fā)生可逆2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．在t₁時刻達(dá)到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=a mol，n（NO）=2a mol，n（N₂）=b mol，且平衡時N₂的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{1}{4}$．
①則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{27V}{a}$．（用含a、V的式子表示）若保持溫度不變，平衡后在此基礎(chǔ)上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO，平衡將不移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
②在一定溫度恒容容器中發(fā)生以上反應(yīng)，下列各種情況，不能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是E．
A．v_生成（CO₂）=v_消耗（CO₂）        
B．各氣體的體積分?jǐn)?shù)不再改變
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變  
D．NO、CO、N₂、CO₂濃度均不再變化
E．單位時間內(nèi)生成2n mol碳氧雙鍵的同時消耗n mol N≡N
③在t₂時刻，將容器迅速壓縮到原容積的$\frac{1}{2}$，在其它條件不變的情況下，t₃時刻達(dá)到新的平衡狀態(tài)．請在圖1中補(bǔ)充畫出t₂-t₃-t₄時段，正反應(yīng)速率的變化曲線．
（3）如果要凈化汽車尾氣的同時提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，采取的措施是B．
A．降低溫度                               B．增大壓強(qiáng)同時加催化劑
C．升高溫度同時充入N₂ D．及時將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走
（4）為避免汽車尾氣中的有害氣體對大氣的污染，給汽車安裝尾氣凈化裝置．凈化裝置里裝有含Pd等過渡元素的催化劑，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的機(jī)理如圖2所示．

①寫出上述變化中的總化學(xué)反應(yīng)方程式：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4CO₂+N₂．
②有人提出，可以設(shè)計反應(yīng)2CO（g）═2C（s）+O₂（g） 來消除CO的污染．請你判斷是否可行，并說出理由：因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，都不能自發(fā)進(jìn)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，
根據(jù)蓋斯定律：②×2-①-③可得；
（2）①根據(jù)題找到a、b的關(guān)系式，再由化學(xué)平衡常數(shù)概念列式，代值得；保持溫度不變，計算平衡后在此基礎(chǔ)上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO的Qc，與k比較；
②根據(jù)平衡特征：正逆反應(yīng)速率相等，各組分含量不再變化判斷；
③根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素作答；
（3）提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，即要求反應(yīng)正向移動；
（4）①分析圖，NO₂為中間產(chǎn)物，NO、CO、O₂為反應(yīng)物，CO₂、N₂是生成物；
②根據(jù)△G=△H-T△S，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，都不能自發(fā)進(jìn)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，
根據(jù)蓋斯定律：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；
故答案為：-746.5；
（2）①反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．在t₁時刻達(dá)到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=a mol，n（NO）=2a mol，n（N₂）=b mol，則n（CO₂）=2b mol，N₂的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{1}{4}$，則有：$\frac{2a+a+b+2b}$=
$\frac{1}{4}$，解得b=3a，K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）^2}{c（NO）^2•c（CO）^2}$=$\frac{（3mol÷VL）•（6amol÷VL）^3}{（2amol÷VL）^2•（amol÷VL）^2}$=$\frac{27V}{a}$；保持溫度不變，平衡后在此基礎(chǔ)上再向容器中充入3b mol的N₂、2a mol的NO，此時Qc=$\frac{（6a÷V）^2×（12a÷V）}{（4a÷V）^2•（a÷V）^2}$=$\frac{27V}{a}$=K，平衡不移動；
故答案為：$\frac{27V}{a}$；不；
②A．v_生成（CO₂）=v_消耗（CO₂），平衡時，同一物質(zhì)的生成速率與消耗速率相等，A正確；      
B．平衡時，各氣體的體積分?jǐn)?shù)不再改變，B正確；
C．混合氣體的總質(zhì)量不變，氣體總的物質(zhì)的量減小，隨著反應(yīng)進(jìn)行，平均相對分子質(zhì)量增大，平均相對分子質(zhì)量不再改變，反應(yīng)平衡，C正確；
D．平衡時，NO、CO、N₂、CO₂濃度均不再變化，D正確；
E．單位時間內(nèi)生成2n mol碳氧雙鍵的同時消耗n mol N≡N，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，E錯誤；
故答案選：E；
③在t₂時刻，將容器迅速壓縮，則對原平衡為增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，該反應(yīng)是個體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，正反應(yīng)速率減慢至不再改變，故圖象為：；
故答案為；
（3）提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，即要求反應(yīng)正向移動，
A．降低溫度，反應(yīng)速率減慢，故錯誤；B．增大壓強(qiáng)同時加催化劑，速率加快，反應(yīng)正向移動，NO的轉(zhuǎn)化率提高，故正確；C．升高溫度同時充入N₂，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，逆向移動，轉(zhuǎn)化率減小，故錯誤；D．及時將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走，反應(yīng)正向移動，轉(zhuǎn)化率增大，但是反應(yīng)速率減小，故錯誤；
故答案為：B；
（4）①分析圖，NO₂為中間產(chǎn)物，NO、CO、O₂為反應(yīng)物，CO₂、N₂是生成物，則反應(yīng)為：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4CO₂+N₂；
故答案為：2NO+O₂+4CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4CO₂+N₂；
②根據(jù)△G=△H-T△S，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，△G＞0，不能自發(fā)進(jìn)行．．
故答案為：因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下，都不能自發(fā)進(jìn)行．

點評 本題涉及熱化學(xué)蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等方面的知識，屬于綜合知識的考查題，難度大．