Question

汽车尾气是城市的主要空气污染物，研究控制汽车尾气成为保护环境的首要任务。在汽车上安装三效催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物进行相互反应，生成无毒物质；或者使用新型燃料电池作汽车动力，减少汽车尾气污染。

（1）H₂或CO可以催化还原NO以达到消除污染的目的。

已知：N₂(g) + O₂(g) = 2NO(g)  △H = +180.5 kJ·mol^-1

2H₂(g) + O₂(g) = 2H₂O(l)  △H =－571.6 kJ·mol^－1

则H₂(g)与NO(g)反应生成N₂(g)和H₂O(l)的热化学方程式是               。

（2）当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率。下图表示在其他条件不变时，反应：2CO(g)+2NO(g) 2CO₂(g)+N₂(g) 中NO的浓度[c(NO)]随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。

① 该反应的△H           0 (填“＞”或“＜”)。

② 若催化剂的表面积S₁＞S₂ ，在右图中画出c (NO) 在T₁、S₂ 条件下达到平衡过程中的变化曲线。

（3）在某温度时，按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

时间/s	0	1	2	3	4
c (NO)(×10^-3 mol·L^－^1)	1.00	0.50	0.20	0.10	0.10
c (CO)(×10^-3 mol·L^－^1)	3.00	2.50	2.20	2.10	2.10

不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响，按要求完成以下计算(写出计算过程，只写出计算结果的不给分)：

①计算前2s内的△c (CO₂) ；

②计算前2s内的平均反应速率v (N₂) ；

③计算达到平衡时NO的转化率。

Answer

（1）2H2(g)+2NO(g) =N2(g)+2H2O(l) △H =-752.1kJ·mol－1

（2 ①△c (CO2)= 0.80 mol·L－1;

②v (N2)= △c (N2)/ △t=0.20 mol·L－1·s－1；

③平衡时NO的转化率为(1.00-0.10)/1.00×100%=90%。

【解析】

试题分析：（1）①已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ/mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6 kJ•mol-1

依据盖斯定律可知②-①得：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H，

△H=(-571.6kJ/mol)-180.5kJ/mol═-752.1kJ/mol；由于正反应放热(△H＜0)，且正反应方向气体体积减小，为熵减小的方向，即△S＜0，△H-T•△S＜0，反应自发进行，所以T较小才可以，即低温下自发，故答案为：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=-752.1kJ/mol；

（2）①温度T2到达平衡的时间短，反应速率快，故温度T2＞T1，温度越高，平衡时NO的浓度越高，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，故答案为：＜；

②催化剂的表面积S1＞S2，则催化剂S1到达平衡的时间比催化剂S2短，催化剂不影响平衡移动，平衡时NO的浓度相同，故c(NO) 在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线为

，

（3） 2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)

起始浓度(×10-3 mol·L－1) 3.00 1.00 0 0

2s末浓度(×10-3 mol·L－1) 2.20 0.20 0.80 0.40

2s变化浓度(×10-3 mol·L－1)0.80 0.80 0.80 0.40

平衡浓度(×10-3 mol·L－1) 2.10 0.10 0.90 0.45

①△c (CO2)= 0.80 mol·L－1，故答案为：0.80 mol·L－1；

②v (N2)= △c (N2)/ △t=0.20 mol·L－1·s－1，故答案为：0.20 mol·L－1·s－1；

③平衡时NO的转化率为(1.00-0.10)/1.00×100%=90%，故答案为：90%。

考点：考查了热化学方程式的书写；化学平衡的计算的相关知识。