Question

13．汽車尾氣治理的方法之一是在汽車的排氣管上安裝一個“催化轉(zhuǎn)化器”．
已知反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-113kJ•mol^-1
①為了模擬催化轉(zhuǎn)化器的工作原理，在T℃時，將2mol NO與1mol CO充入1L反應(yīng)容器中，反應(yīng)過程中NO（g）、CO（g）、N₂（g）的物質(zhì)的量濃度變化如下圖所示，則反應(yīng)進(jìn)行到15min時，NO的平均反應(yīng)速率為0.027mol•L^-1•min^-1．
②請在圖中畫出20～30min內(nèi)NO、CO濃度發(fā)生變化的曲線，引起該變化的條件可能是b（填字母）．
a．加入催化劑　　　　　b．降低溫度
c．縮小容器體積  d．增加CO₂的物質(zhì)的量
③當(dāng)25min達(dá)到平衡后，若保持體系溫度、容積不變，再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，平衡將向左移動（填“向左”“向右”或“不”）．
（3）用CH₄催化還原NO_x也可以消除氮氧化物的污染．例如，
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1
若用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48L CH₄還原NO₂至N₂，則整個過程中共放出熱量173.4kJ．

Answer 1

分析 ①根據(jù)V=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$來計算；
②根據(jù)氮?dú)獾淖兓瘉泶_定NO、CO的變化；結(jié)合圖象根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響來判斷；
③先根據(jù)三段法求出各自的濃度，然后求出平衡常數(shù)和濃度熵，最后根據(jù)平衡常數(shù)的大小與濃度熵的大小來確定平衡移動方向；
（3）知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變，結(jié)合熱化學(xué)方程式進(jìn)行計算．

解答 解：①由圖象可知在15min內(nèi)NO的物質(zhì)的量變化0.4mol，則NO的平均反應(yīng)速率為=$\frac{\frac{0.4}{1}}{15}$mol•L^-1•min^-1₌0.027 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.027 mol•L^-1•min^-1；
②氮?dú)獾淖兓�的物質(zhì)的量與NO、CO的變化的物質(zhì)的量成正比，25分鐘后達(dá)到平衡，圖象為：

由圖象可知，平衡向正反應(yīng)方向移動，
a、加入催化劑，平衡不移動，故a錯誤；
b、降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，故b正確；
c、縮小容器體積，平衡向正反應(yīng)方向移動，達(dá)平衡時，濃度應(yīng)大于25min時的濃度，故c錯誤；
d、增加CO₂的物質(zhì)的量，平衡向逆反應(yīng)方向移動，氮?dú)獾钠胶鉂舛冉档�，故d錯誤．
故答案為：；b；

③化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積，所以K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，由平衡常數(shù)表達(dá)式可知一氧化氮的系數(shù)是2次方，所以再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，分母增加的幅度大，導(dǎo)致Q_C減小，即平衡逆向移動，即向左移動，故答案為：向左；
（3）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=-867kJ•mol^-1，若用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48L即0.2mol CH₄還原NO₂至N₂，則整個過程中共放出熱量867kJ×0.2=173.4kJ，故答案為：173.4．

點(diǎn)評 本題主要考查了平衡常數(shù)的計算、外界條件對平衡的影響、蓋斯定律的應(yīng)用等知識，難度中等，注意知識的歸納和梳理是關(guān)鍵．