Question

研究氮的氧化物、碳的氧化物等大气污染物的处理具有重要意义。

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

②CO的燃烧热△H=-283 kJ·mol^-1。

(1)汽车排气管内安装的催化转化器，可使尾气中主要污染物(NO和CO)转化为无毒的大气循环物质，该反应的热化学方程式为________________________________。

(2)一定温度下，在恒容密闭容器中充入1 mol NO和2 mol CO进行该反应，下列不能判断反应达到化学平衡状态的是___________(用序号填空)

①单位时间内消耗a mol CO的同时生成2a mol NO

②混合气体的平均相对分子质量不再改变

③混合气体中NO和CO的物质的量之比保持不变

④混合气体的密度不再改变

II.臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO₂(g)+O₃(g)N₂O₅(g)+O₂(g)，向甲、乙两个体积都为1.0 L的恒容密闭容器中分别充入2.0 mol NO₂和1.0 mol O₃，分别在T₁、T₂温度下，经过一段时间后达到平衡。反应过程中n(O₂)随时间(t)变化情况见下表：

(3)T₁______T₂(填>、<或=，下同)，该反应△H________0。

(4)甲容器中，0～3s内的平均反应速率v(NO₂)=________。

(5)甲容器中NO₂平衡转化率为__________，T₁时该反应的平衡常数为__________。

Answer

2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol ①④ > < 0.24 mol/(L·s) 80.0% 20

【解析】

I．(1)将已知的两个热化学方程式叠加，可得相应的热化学方程式；

(2)根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化；

II．(3)发生反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，温度高，速率快，达到平衡所需要的时间缩短，据此分析比较温度，利用温度与O2的平衡含量分析判断；

(4)对于甲容器中，0～3s内的平均反应速率v(NO2)=2v(O2)，根据图表数据计算氧气的反应速率得到；

(5)根据O2的平衡浓度计算各种物质的平衡浓度，然后利用物质转化率等于转化量与起始量的比计算NO2的转化率；利用平衡常数含义计算甲在温度为T1时的平衡常数。

I．(1)已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ/mol

②CO的燃烧热△H=-283 kJ/mol，热化学方程式：CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ/mol

根据盖斯定律计算②×2-①得到该反应的热化学方程式：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol；

(2)①单位时间内消耗a mo1CO的同时生成2a mol NO，反应逆向进行，正、逆反应速率不等，说明没有反应达到平衡状态，①错误；

②反应前后气体质量不变，气体物质的量为变量，当混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明各组分的浓度不再变化，该反应达到平衡状态，②正确；

③一定温度下，在恒容密闭容器中充入1 mol NO和2 mol CO进行该反应，反应中NO和CO按照1：1反应进行，混合气体中NO和CO的物质的量之比保持不变，说明反应达到平衡状态，③正确；

④反应前后气体质量和体积不变，混合气体的密度始终不改变，不能根据混合气体的密度判断平衡状态，④错误；

故合理选项是①④；

II．(3)可逆反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，甲、乙两个体积都为1.0 L的恒容密闭容器中分别充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，分别在T1、T2温度下，经过一段时间后达到平衡，图表数据可知，甲容器中达到平衡时间短，速率快，说明反应的温度高，因此温度T1>T2；根据表格数据可知：升高温度，反应达到平衡时 O2的含量比温度低时低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应分析移动，逆反应为吸热反应，则该该反应的正反应为放热反应，所以△H<0；

(4)甲容器中，0～3s内的平均反应速率v(NO2)=2v(O2)=2×=0.24 mol/(L·s)；

对于甲容器，发生反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，反应达到平衡时n(O2)=0.8 mol，会同时反应n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol，反应消耗n(O3)=0.8 mol，n(NO2)=2×0.8 mol=1.6 mol，所以平衡时n(N2O5)=2.0 mol-1.6 mol=0.4 mol，n(O3)=1.0 mol-0.8 mol=0.2 mol，n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol，所以甲容器中NO2平衡转化率=×100%=80.0%；反应容器的容积是1L，所以各种物质的平衡时的物质的量为物质的平衡浓度，则该反应的化学平衡常数K==20。