Question

17．研究NO_X和CO等的處理方法對環(huán)境保護有重要意義．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO （g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H₂=-221.0kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
科學家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂，其反應(yīng)為
2NO+2CO?2CO₂+N₂．
①該反應(yīng)的△H=-746.5kJ/mol；該反應(yīng)在低溫（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下能自發(fā)進行．
②如圖表示NO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）隨溫度、壓強變化的示意圖，X代表的物理量是溫度，Y₁＜Y₂（填“＞”或“＜”）．
③一定溫度下，在2L的恒容密閉容器中沖入5molCO（g）和4molNO（g）發(fā)生上述反應(yīng)，平衡時NO的體積分數(shù)為25%，該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.22L/mol（保留2位有效數(shù)字）．
（2）NH₃催化還原NO_x也可消除氮氧化物的污染，如4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H＜0；相同條件下在2L的恒容密閉容器中，選用不同催化劑，反應(yīng)生成N₂的量隨時間變化如圖所示．
①計算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應(yīng)速率v（NH₃）=0.25mol/（L•min）．
②下列說法正確的是C、D．
A．該反應(yīng)的活化能大小順序是：Ea（A）＞Ea（B）＞Ea（C）
B．使用催化劑A達到平衡時，N₂最終產(chǎn)率更大
C．單位時間內(nèi)H-O鍵與N-O鍵斷裂的數(shù)目相等時，則反應(yīng)達到平衡
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，當K值不變時，則反應(yīng)達到平衡
（3）用氨水可配制銀氨溶液，銀氨溶液存在平衡：Ag⁺（aq）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺（aq）K=1.00×10^-7（25℃），AgCl難溶于水[25℃時，K_sp（AgCl）=2.5×10^-10]，但能溶于氨水，反應(yīng)為AgCl （s）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq），則1L2mol•L^-1氨水中最多可以溶解AgCl的物質(zhì)的量為0.091mol（保留2位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)為2NO+2CO?2CO₂+N₂，該反應(yīng)可由③-①得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=△H₃-△H₁=-746.5kJ/mol，該反應(yīng)為氣體數(shù)減少的反應(yīng)，因此反應(yīng)的△S＜0，反應(yīng)的△H＜0，可見反應(yīng)在低溫下自發(fā)；
②反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，增大壓強，有利于反應(yīng)正向進行，結(jié)合反應(yīng)的焓變分析溫度變化對化學平衡的影響；
③2L的恒容密閉容器中沖入5molCO（g）和4molNO（g）發(fā)生反應(yīng)：2NO+2CO?2CO₂+N₂，平衡時NO的體積分數(shù)為25%，結(jié)合方程式計算平衡時體系中各組分的濃度，代入化學平衡常數(shù)表達式計算；
（2）①0～4分鐘在A催化劑作用下，根據(jù)圖象，N₂的濃度變化為△n（N₂）=2.5mol，容器體積為V=2L，時間為△t=4min，根據(jù)化學反應(yīng)平均速率公式$\overline{r}$（N₂）=$\frac{△n（{N}_{2}）}{V△t}$計算N₂的化學反應(yīng)平均速率，由化學反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算NH₃的平均速率；
②A．催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，但不改變化學平衡；
B．催化劑不改變化學平衡；
C．單位時間內(nèi)消耗某物質(zhì)與生成某物質(zhì)的速率相等，可判斷化學反應(yīng)達到平衡；
D．在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，容器內(nèi)溫度會發(fā)生改變，化學平衡常數(shù)只隨溫度改變；
（3）根據(jù)多重平衡規(guī)則，根據(jù)平衡常數(shù)和AgCl的溶度積常數(shù)計算．

解答 解：（1）①反應(yīng)為2NO+2CO?2CO₂+N₂，該反應(yīng)可由③-①得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=△H₃-△H₁=-746.5kJ/mol，
該反應(yīng)為氣體數(shù)減少的反應(yīng)，因此反應(yīng)的△S＜0，反應(yīng)的△H＜0，可見反應(yīng)在低溫下自發(fā)，
故答案為：-746.5kJ/mol；低溫；
②反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，增大壓強，有利于反應(yīng)正向進行，反應(yīng)焓變△H＜0，正反應(yīng)放熱，降低溫度有利于反應(yīng)正向進行，當反應(yīng)逆向進行時，NO轉(zhuǎn)化率降低，則可采取的措施有升高溫度或降低壓強，因此條件為溫度，則Y表示壓強，控制溫度相同時，壓強越大，NO轉(zhuǎn)化率越高，則Y₁＜Y₂，
故答案為：溫度；＜；
③2L的恒容密閉容器中沖入5molCO（g）和4molNO（g）發(fā)生反應(yīng)：2NO+2CO?2CO₂+N₂，平衡時NO的體積分數(shù)為25%，2NO+2CO?2CO₂+N₂，
 起始濃度（mol/L）     2       2.5     0      0
 轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）-2x-2x+2x    x
 平衡濃度（mol/L）     2-2x   2.5-2x+2x    x
則$\frac{2-2x}{2.5-2x+2-2x+2x+x}=25%$，解得x=0.5，則平衡時，c（NO）=1mol/L，c（CO）=1.5mol/L，c（CO₂）=1mol/L，c（N₂）=0.5mol/L，所以該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（1mol/L）^{2}×（0.5mol/L）}{（1.5mol/L）^{2}×（1mol/L）^{2}}$=0.22L/mol，
故答案為：0.22L/mol；
（2）①0～4分鐘在A催化劑作用下，根據(jù)圖象，N₂的濃度變化為△n（N₂）=2.5mol，容器體積為V=2L，時間為△t=4min，根據(jù)化學反應(yīng)平均速率公式$\overline{r}$（N₂）=$\frac{△n（{N}_{2}）}{V△t}$，則$\overline{r}（{N}_{2}）=\frac{2.5mol}{2L×4min}$=$\frac{5}{16}$mol/（L•min），由化學反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比，則反應(yīng)速率v（NH₃）=$\frac{4}{5}×\frac{5}{16}$=0.25mol/（L•min），
故答案為：0.25mol/（L•min）；
②A．催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，但不改變化學平衡，根據(jù)圖象，相同時間段內(nèi)，A生成最多，則A的活化能最低，故A錯誤；
B．催化劑不改變化學平衡，因此三者達到平衡時N₂最終產(chǎn)率一樣大，故B錯誤；
C．單位時間內(nèi)消耗某物質(zhì)與生成某物質(zhì)的速率相等，可判斷化學反應(yīng)達到平衡，單位時間內(nèi)H-O鍵與N-O鍵斷裂的數(shù)目相等時，即每生成1molH₂O時，同時生成1molNO，化學反應(yīng)達到平衡，故C正確；
D．在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，容器內(nèi)溫度會發(fā)生改變，化學平衡常數(shù)只隨溫度改變，當K值不變時，則反應(yīng)達到平衡，故D正確，
故答案為：C、D；
（3）根據(jù)多重平衡規(guī)則，反應(yīng)AgCl （s）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化學平衡常數(shù)為K₀=$\frac{c（C{l}^{-}）c[Ag（N{H}_{3}）_{2}^{+}]}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=K_sp（AgCl）•K=2.5×10^-3，設(shè)最多溶解xmolAgCl，根據(jù)反應(yīng)方程式，平衡時c（Cl^-）=xmol/L，c（NH₃）=（2-2x）mol/L，c[Ag（NH₃）₂⁺]=xmol/L，則有$\frac{{x}^{2}}{（2-2x）^{2}}$=K₀，可得x=0.091mol/L，則1L溶液中最多溶解AgCl為0.091mol，
故答案為：0.091mol．

點評 本題考查化學原理部分知識，包含焓變與熵變，化學平衡的移動，化學平衡常數(shù)的計算，化學反應(yīng)速率的計算，溶度積常數(shù)的計算，重在考查分析問題的能力和計算能力，為綜合題型，題目難度中等，均為高頻考點．