Question

低碳出行，減少汽車尾氣排放，保護我們的家園．

（1）在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)換器可減少NO和CO污染，反應為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）在2L的密閉容器中，n（CO₂）與溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的關(guān)系如圖1所示．
①該反應△H

 

0（填“＞”、“＜”），平衡常數(shù)表達式為

 

；在T₂溫度下0～2s內(nèi)的平均反應速率υ（N₂）=

 

．
②當固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₂＞S₁，在圖1中畫出n（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
③該反應在恒溫、恒容的密閉容器中進行，圖2示正確且能說明反應t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號）．（圖中υ_逆、K、n、P分別表示逆反應速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量、體系壓強）
（2）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．己知：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ?mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.97kJ?mol^-1
寫出CH₄（g）催化還原NO（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式：

 

．

Answer 1

考點：反應熱和焓變,熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①由圖1可知升高溫度，CO₂減少，平衡逆移；根據(jù)方程式依據(jù)K的含義書寫；根據(jù)CO₂的變化量求出CO₂的反應速率，再求出υ（N₂）；
②催化劑不改變平衡，只改變速率；
③反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進行判斷；
（2）根據(jù)蓋斯定律把已知方程式改寫為目標方程式，再求出反應熱，寫出熱化學方程式．

解答： 解：（1）①由圖1可知升高溫度，CO₂減少，平衡逆移，說明逆方向為吸熱方向，所以正方向為放熱方向，即△＜0；已知反應為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則平衡常數(shù)表達式為：K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；已知CO₂的變化量為0.1mol，則濃度變化為c=

n

V

=

0.1mol

2L

=0.05mol/L，則CO₂的反應速率為
v（CO₂）=

c

t

=

0.05mol/L

2s

=0.025mol/（L?s），所以υ（N₂）=

1

2

v（CO₂）=0.0125 mol/（L?s）；
故答案為：＜；K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；0.0125 mol/（L?s）；
②催化劑不改變平衡，只改變速率，所以若催化劑的表面積S₂＞S₁，反應到達平衡的時間縮短，平衡不移動，其圖象為：；

故答案為：；
③a、當逆反應速率與正反應速率相等時，屬于平衡狀態(tài)，此時速率保持不變，故a不選；
b、K只隨溫度的變化而變化，與是否達到平衡狀態(tài)無關(guān)，故b不選；
c、當物質(zhì)的物質(zhì)的量不變即是平衡狀態(tài)，故c選；
d、已知2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），該反應的總物質(zhì)的量減小，所以壓強減小，當壓強不變即是平衡狀態(tài)，故d選；
故答案為：cd；
（2）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ?mol^-1，
③2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.97kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：2×①+2×③-②得到CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）則△=（-955kJ?mol^-1）×2+（-112.97kJ?mol^-1）×2-（-890.31kJ?mol^-1）=-1245.63 kJ/mol；所以CH₄（g）催化還原NO（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1245.63 kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1245.63 kJ/mol．

點評：本題考查了平衡移動的判斷，反應速率的計算，催化劑對平衡的影響，蓋斯定律的應用等，側(cè)重于反應原理的應用的考查，題目難度中等．