Question

【題目】汽車(chē)尾氣已成為城市空氣的主要污染源之一，其中的氮氧化物是重要污染物。

（1）汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生NO的原理如圖1所示：

該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為______。

（2）治理尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0。若在一定溫度下將2mol NO、1mol CO充入1L固定容積的容器中，反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度變化如圖2所示。

①則從開(kāi)始到達(dá)到平衡狀態(tài)的過(guò)程中，平均反應(yīng)速率υ(CO2)=____，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

②20min時(shí)改變的條件可能是____

A.增大壓強(qiáng) C.減小CO2濃度且改用更高效的催化劑

B.降低溫度 D.在恒溫恒容條件下，充入He氣體

③若保持溫度不變，20min時(shí)向容器中充入CO、N2各0.6mol，平衡將____(填“正向”“逆向”或“不”)移動(dòng)。

（3）用焦炭還原NO2的反應(yīng)為：2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒溫條件下，向1L密閉容器中加入不同物質(zhì)的量的NO2和足量C發(fā)生該反應(yīng)，測(cè)得平衡時(shí)NO2和CO2的物質(zhì)的量濃度與平衡總壓強(qiáng)的關(guān)系如圖3所示。

①下列不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____

a.C的質(zhì)量不變 b. 混合氣體的密度不再發(fā)生改變

c. v正(N2)＝υ逆(CO2) d.混合氣體的顏色不再改變

②計(jì)算C點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp(C)=___(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1 0.027mol·L-1·min-1 0.035 C 不 c 2

【解析】

(1)根據(jù)焓變ΔH=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和，結(jié)合圖示分析解答；

(2)①根據(jù)圖示中氮?dú)獾臐舛茸兓��?jì)算平衡時(shí)二氧化碳的濃度，將各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=計(jì)算；②2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，根據(jù)圖像，20min時(shí)氮?dú)獾臐舛戎饾u增大，平衡后變成0.4 mol/L，且建立平衡需要的時(shí)間減少，結(jié)合影響平衡的元素分析判斷；③根據(jù)濃度商Qc與K的大小分析判斷；

(3)①根據(jù)平衡狀態(tài)的特征和標(biāo)志分析判斷；②根據(jù)三段式結(jié)合C點(diǎn)時(shí)NO2和CO2的物質(zhì)的量濃度相等計(jì)算解答。

(1)根據(jù)圖示，汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生NO的原理為N2(g)＋O2(g)=2NO(g)，焓變ΔH=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=[946 kJ/mol +498 kJ/mol]-632 kJ/mol×2= +180kJ/mol，故答案為：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH=+180kJ/mol；

(2)①平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛葹?/span>0.2mol/L，則二氧化碳的平衡濃度為0.2mol/L×2=0.4mol/L，平均反應(yīng)速率υ(CO2)== 0.027mol·L-1·min-1，由方程式2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0可知，平衡常數(shù)K===(L/mol)= 0.035，故答案為：0.027mol·L-1·min-1；0.035；

②2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，根據(jù)圖像，20min時(shí)氮?dú)獾臐舛戎饾u增大，平衡后變成0.4 mol/L，且建立平衡需要的時(shí)間減少。A.增大壓強(qiáng)，縮小容器的體積，氮?dú)獾臐舛葧?huì)突然增大，與圖像不符，故A錯(cuò)誤；B. 正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛戎饾u增大，但反應(yīng)速率減慢，建立平衡需要的時(shí)間更長(zhǎng)，故B錯(cuò)誤；C.減小CO2濃度，平衡正向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛戎饾u增大，加入催化劑，平衡不一定，但能夠縮短建立平衡需要的時(shí)間，故C正確；D.在恒溫恒容條件下，充入He氣體，平衡不一定，氮?dú)獾臐舛炔蛔儯��?/span>D錯(cuò)誤；故答案為：C；

③若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N2各0.6mol，則濃度商Qc===K，故平衡不移動(dòng)，故答案為：不；

(3)①a.C的質(zhì)量不變，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，說(shuō)明其余物質(zhì)的質(zhì)量也不變，說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故a不選；b.混合氣體的密度與氣體的質(zhì)量和體積有關(guān)，混合氣體的密度不再發(fā)生改變，說(shuō)明混合氣體的質(zhì)量不變，說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故b不選；c.v正(N2)＝2υ逆(CO2)說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，v正(N2)＝υ逆(CO2)，沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故c選；d.混合氣體的顏色不再改變，說(shuō)明二氧化氮的濃度不變，說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d不選；故答案為：c；

②1molNO2和足量C發(fā)生該反應(yīng)，設(shè)反應(yīng)的二氧化氮的物質(zhì)的量為x：

2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始(mol)： 1 0 0

轉(zhuǎn)化(mol)： x 0.5x x

平衡(mol)： 1-x 0.5x x

從圖知C點(diǎn)時(shí)NO2和CO2的物質(zhì)的量濃度相等，則1-x=x，解得x=0.5，則平衡時(shí)總的物質(zhì)的量為1.25mol，C點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp(C)==2MPa，故答案為：2MPa(或2)。