Question

已知在298K和101kPa条件下，有如下反应：

反应Ⅰ：C(s) + O₂(g) = CO₂(g)    △ H₁＝－393.5 kJ·mol^－1

反应Ⅱ：2C(s) + O₂(g) = 2CO(g)   △ H₂＝－221 kJ·mol^－1

反应Ⅲ：N₂(g) + O₂(g) = 2NO(g)   △ H₃＝＋180.5 kJ·mol^－1

试回答下列问题：

（1）汽车尾气净化原理为反应Ⅳ：2NO(g) + 2CO(g) N₂(g) + 2CO₂(g) △ H＝______，该反应能自发进行的条件是_______。（填“高温”、“低温”或“任意温度”）。

（2）如果在一定温度下，体积为 2 升的密闭容器中发生化学反应Ⅳ，0～4min各物质物质的量的变化如下表所示：

物质（mol） 时间	NO	CO	N2	CO2
起始	0.40		1.0
2 min 末		2.0	0.80	1.6
4 min 末				1.6

①求 0～2min 内用 CO 来表示的平均反应速率 v（CO）=________。

②试计算该温度下反应Ⅳ 的化学平衡常数 K=_________。

（3）若一定温度下，在容积可变的密闭容器中，上述反应Ⅳ达到平衡状态，此时容积为3L， c(N₂)随时间 t 的变化曲线 x 如图所示。

①若在 t₂min时改变一个条件，c(N₂)随反应时间 t 的变化如曲线 y 所示，则改变的条件是______。

②若在t₂min时升高温度，t₃min时重新达到平衡，请在图中画出在 t₂～t₄ 内 c(N₂)的变化曲线______。

Answer

-746.5 kJ·mol－1低温0.10 mol·Lˉ1·minˉ11.6快速将容器体积由3L压缩到2L【答题空6】起点、拐点时间及趋势正确均给分

【解析】

已知在298K和101kPa条件下，有如下反应：

反应Ⅰ：C(s) + O2(g) = CO2(g) △ H1＝－393.5 kJ·mol－1

反应Ⅱ：2C(s) + O2(g) = 2CO(g) △ H2＝－221 kJ·mol－1

反应Ⅲ：N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △ H3＝＋180.5 kJ·mol－1

试回答下列问题：

(1)根据盖斯定律可知反应Ⅳ由(反应Ⅰ×2-反应Ⅱ-反应Ⅲ)得到，则△H＝(－393.5 kJ·mol－1)×2-(－221 kJ·mol－1)-(＋180.5 kJ·mol－1)= -746.5 kJ·mol－1；由△G＝△H-T△S＜0，其中△H＜0、△S＜0，可知该反应在低温下能自发进行；

(2)①求 0～2min 内N2的变化物质量为：1.0 mol-0.80 mol=0.2mol，则CO的变化物质的量为0.4mol，用 CO 来表示的平均反应速率 v(CO)=0.4mol÷2 L÷2 min=0.10 mol·Lˉ1·minˉ1 ；

②2min～4min 时CO2的物质的量没有发生变化，可知2min时反应达到平衡，此时： 2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)

起始物质的量(mol) 0.4 1.0 0

变化物质的量(mol) 0.4 0.4 0.2

平衡物质的量(mol) 0.8 2.0 0.8 1.6

平衡浓度为(mol/L) 0.4 1.0 0.4 0.8

该温度下反应Ⅳ 的化学平衡常数 K=(0.4×0.82)÷(0.42×1.02)=1.6；

(3)①由图示可知c(N2)的浓度瞬间增大为原来的1.5倍，可通过快速将容器体积由3L压缩到2L即可；

②t2min时升高温度平衡逆向移动，c(N2)的浓度会减小，重新形成新的平衡状态，所得曲线如图所示：。