Question

17．某市對(duì)大氣進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5um的懸浮顆粒物）其主要來源為燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣等．因此，對(duì)PM2.5、SO₂、NO等進(jìn)行研究具有重要意義．回答下列問題：
（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可用于燃燒脫硝，CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l）△H=-1250.3kJ/mol．
（2）汽車尾氣中NO_x和CO的生成及轉(zhuǎn)化
①已知?dú)飧字猩�成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
汽車啟動(dòng)后，氣缸溫度較高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快；溫度升高，有利于平衡反應(yīng)正向進(jìn)行．
②汽車燃油不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO；
2CO（g）═2C（s）+O₂（g）已知反應(yīng)的△H＞0，簡(jiǎn)述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù)否，該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)，任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行．
③目前，在汽車尾氣系統(tǒng)中安裝催化轉(zhuǎn)化器可減少CO和NO的污染，其化學(xué)方程式為2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．
（3）一定溫度下，在密閉容器中反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.20KJ/mol達(dá)到平衡．其他條件不變時(shí)，下列措施能提高NO₂轉(zhuǎn)化率的是bc（填字母）
a．減小NO₂的濃度    b．降低溫度    c．增加NO₂的濃度     d．升高溫度
在一定溫度和壓強(qiáng)下，密閉容器中N₂O₄和NO₂的混合氣體達(dá)到平衡時(shí)，c（N₂O₄）=0.0120mol/L（已知2NO₂（g）?N₂O₄（g）反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{40}{3}$）．計(jì)算平衡時(shí)NO₂物質(zhì)的量濃度為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
根據(jù)蓋斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），據(jù)此計(jì)算；
（2）①依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素分析判斷；
②依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是△H-T△S＜0分析判斷；
③在汽車尾氣系統(tǒng)中安裝催化轉(zhuǎn)化器可將CO和NO轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂投�氧化碳�?br />（3）該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要提高二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，只要改變條件使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)即可；
根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式結(jié)合三行式來計(jì)算物質(zhì)的平衡濃度．

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
根據(jù)蓋斯定律：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，
故答案為：-1250.3kJ/mol；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0，反應(yīng)時(shí)氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大；
故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快；溫度升高，有利于平衡反應(yīng)正向進(jìn)行；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0，反應(yīng)是焓變?cè)龃�，熵變減小的反應(yīng)，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應(yīng)任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：否，該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)，任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行；
③在汽車尾氣系統(tǒng)中安裝催化轉(zhuǎn)化器可減少CO和NO的污染，生成產(chǎn)物為二氧化氮和氮?dú)�，反�?yīng)的化學(xué)方程式為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂；
（3）該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要使該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可改變反應(yīng)物的濃度、體系的壓強(qiáng)、溫度等．
a．減小N0₂的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故a錯(cuò)誤；
b．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故b正確；
c．增加N0₂的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，且體系壓強(qiáng)增大，也利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故c正確；
c．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故c錯(cuò)誤；
根據(jù)題意知平衡時(shí)：c（N₂O₄）=0.0120mol/L，設(shè)c（NO₂）=xmol/L，則 K=$\frac{0.012}{{x}^{2}}$=$\frac{40}{3}$，解得：x=0.030mol/L，
故答案為：bc；c（NO₂）=0.030mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、反應(yīng)熱與焓變、氮的氧化物性質(zhì)應(yīng)用等知識(shí)，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應(yīng)用方法，明確化學(xué)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)式，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．