Question

【題目】高溫下N2和O2發生反應N2(g)+O2(g)2NO(g)，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。

(1)下圖是T1、T2兩種不同溫度下，一定量的NO發生分解過程中N2的體積分數隨時間變化的圖像，據此判斷反應N2(g)+O2(g)2NO(g)為_______(填“吸熱”或“放熱”)反應。

(2)2000℃時向容積為2L的密閉容器中充入10molN2與5molO2，達到平衡后NO的物質的量為2mol，則此反應的平衡常數K=____。該溫度下，若開始時向上述容器中充入N2和O2均為1mol，則達到平衡后N2的轉化率為______。

(3)汽車凈化裝置里裝有含Pd化合物的催化劑，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的機理如圖所示。寫出其變化的總化學反應方程式:__________。

(4)為減少汽車尾氣中NOx的排放，常采用CxHy(烴)催化還原NOx消除氫氧化物的污染。例如：

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2

若16gCH4還原NO2至N2共放出熱量867kJ，則△H2=_______。

Answer 1

【答案】 吸熱 1/9或0.11 1/7或14.3% 2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 －1160 kJ·mol-1

【解析】(1)根據“先拐先平數值大”原則判斷的T1、T2大小，再根據平衡時氮氣的體積分數判斷溫度對平衡的影響；

(2)平衡常數為產物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪的乘積的比；根據溫度不變，平衡常數不變，利用三段式求出反應混合物各組分物質的量的變化量、平衡時反應混合物各組分物質的量，代入平衡常數表達式解出未知數，最后求轉化率；

(3)根據圖像判斷出反應物、產物，然后配平寫出方程式；

(4)根據蓋斯定律先將兩個方程式相加得甲烷轉化為氮氣的方程式，根據甲烷和熱量的關系計算反應熱。

(1)根據圖像判斷，T2曲線先到達平衡，反應速率大，溫度較高，而溫度升高，氮氣的體積分數減小，說明升高溫度平衡向正反應移動，升高溫度向吸熱方向進行，故正反應為吸熱反應，故答案為：吸熱；

(2)利用三段式求出反應混合物各組分物質的量的變化量、平衡時反應混合物各組分物質的量。

N2(g)+O2(g)2NO(g)，

起始(mol/L)：5 2.5 0

反應(mol/L)：0.5 0.5 1

平衡(mol/L)：4.5 2 1

所以平衡常數k===；

令N2轉化的物質的量為xmol，則

N2(g)+O2(g)2NO(g)，

起始(mol)：1 10

反應(mol)：x x 2x

平衡(mol)：1-x 1-x2x

所以平衡常數k===，解得x=，N2的轉化率為×100%=14.3%，故答案為：；14.3%；

(3)根據圖像可知，NO2為中間產物，反應物為NO、O2、CO，產物為CO2、N2，反應方程式為2NO+O2+4CO4CO2+N2。故答案為：2NO+O2+4CO4CO2+N2；

(4)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2，根據蓋斯定律，將①+②得：2CH4(g)+4NO2(g)=2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)△H=-574kJmol-1+△H2=867kJmol-1×2，解得△H2=-1160kJmol-1，故答案為：-1160kJmol-1。