Question

近年我国汽车拥有量呈较快增长趋势，汽车尾气已成为重要的空气污染物。回答下列问题：

（l）汽车发动机工作时会引起反应：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g)，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。2000K时，向容积为2L的密闭容器中充入2molN₂与2molO₂，发生上述反应，经过5min达到平衡，此时容器内NO的体积分数为0.75% ．则该反应在5min内的平均反应速率v(O₂)=_______mol/(Lmin)，N₂的平衡转化率为_______，2000K时该反应的平衡常数K=_____。

（2）一定量NO发生分解的过程中，NO的转化率随时间变化的关系如右图所示。

① 反应2NO(g)N₂(g)＋O₂(g)为______反应（填“吸热”或“放热”) ；

②一定温度下，能够说明反应2NO(g)N₂(g)＋O₂(g)已达到平衡的是_____（填序号）；

a.容器内的压强不发生变化           

b．混合气体的密度不发生变化

c. 2NO、N₂、O₂的浓度保持不变       

d．单位时间内分解4molNO，同时生成2molN₂

③ 在四个容积和温度均完全相同的密闭容器中分别加入下列物质，相应物质的量（mol）如下表所示。相同条件下达到平衡后，N₂的体积分数最大的是_______（填容器代号）；

容器代号	NO	N2	O2
A	2	0	0
B	0	l	l
C	0.4	0.6	0.8
D	l	0.5	0.4

（3）当发动机采用稀薄燃烧时，尾气中的主要污染物为NO_x。可用CH₄催化还原NO_x以消除氮氧化物污染。

已知：CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=-574kJ·mol^-1

CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)   △H=-867kJ·mol^-1 

①写出CH₄与NO反应生成N₂、CO₂、H₂O(g)的热化学方程式：___________；

②使用催化剂可以将汽车尾气的主要有害成分一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO_x）转化为无毒气体，该反应的化学方程式为___________________。

Answer

0.0015 0.75% 2.28×10-4 放热 c D CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ/mol 2xCO+2NOx2xCO2+N2

【解析】 (1).这个反应为等体反应 ，容积为2L 将所有物质的浓度表示为N2 1mol·L－1 其余类推

N2（g）+O2（g）＝2NO（g）

起 1 1 0

转 x x 2x

平 1-x 1-x 2x

，x=0.0075mol·L－1 ，v(O2)=0.0075mol/L/5min=0.0015mol/(Lmin)；N2的平衡转化率为0.0075/1=0.0075；2000K时该反应的平衡常数K=

（2）①图中T2>T1，升高温度NO的转化率降低，平衡逆向移动，正向放热反应；

②a.这个反应为等体反应 ，容器内的压强保持不变化，不能说明已经达到平衡，故a错误；b．这个反应的反应物和生成物均为气体，混合气体的密度始终不发生变化，故b错误；c. 2NO、N2、O2的浓度保持不变，说明已达到平衡，C正确；d．单位时间内分解4molNO是逆速率，同时生成2molN2也是逆速率，故d错误。故选c。

③将NO转换成N2、O2后，N2、O2的量分别为

容器代号

NO

N2

O2

A

0

1

1

B

0

l

l

C

0

0.8

1

D

0

1.5

1.4

平衡后，A和BN2的体积分数相同，C中N2的体积分数最小，D中N2的体积分数最大，故选D。

（3）①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H=-574kJ·mol-1 I

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)   △H=-867kJ·mol-1 Ⅱ

将Ⅱ×２－I得CH4与NO反应生成N2、CO2、H2O(g)的热化学方程式CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol－1

②使用催化剂可以将汽车尾气的主要有害成分一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）转化为无毒气体，该反应的化学方程式为2xCO+2NOx2xCO2+N2

点睛：(1).列出三段式是解平衡题的基本功，再按平衡常数的定义，算出平衡常数。（2）③用“一边倒”的方法将NO转换成N2、O2后，再用等效平衡的思想去思考，这是难点，如果用直接计算法解太繁。（3）用盖斯定律进行加减消元：将Ⅱ×２－I得CH4与NO反应生成N2、CO2、H2O(g)的热化学方程式CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol－1 。