Question

大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的NO_x必须脱除(即脱硝)之后才能排放。

(1)CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛。 反应CO(g)＋H₂O(g) H₂(g)＋CO₂(g)的平衡常数随温度的变化如表所示。

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6

①从上表可以推断：此反应是__________(填“吸”或“放”)热反应。

②在830 ℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H₂O均为1 mol，则达到平衡后CO的转化率为________。

(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NO_x和CO的排放。

已知：①2CO(g)＋O₂(g) 2CO₂(g)       ΔH＝−566.0 kJ·mol⁻¹

②N₂(g)＋O₂(g) 2NO(g)         ΔH＝+180.0 kJ·mol⁻¹

③2NO(g)＋O₂(g) 2NO₂(g)      ΔH＝−116.5 kJ·mol⁻¹

回答下列问题：

①CO的燃烧热为 _________。若1 mol N₂(g)、1 mol O₂(g) 分子中化学键断裂时分别需要吸收946 kJ、498 kJ的能量，则1 mol NO(g) 分子中化学键断裂时需吸收的能量为_________kJ。

②写出CO将NO₂还原为单质反应的热化学方程式为 ____________________

(3)汽车排气管上的催化转化器，发生上述的CO将NO₂还原为单质反应。在一定温度下，将一定量的CO和NO₂充入2L固定容积的容器中，回答以下问题：

①能说明该反应达到平衡状态的是_____________(填字母标号)。

A.2υ_正(NO₂)=υ_逆(N₂)

B. 混合气体的平均相对分子质量保持不变

C.气体总压强不再变化

D. ΔH保持不变

E．混合气体的密度不再变化

②从反应开始到5min，生成了0.08mol N₂，则5min内υ(CO)=___mol⋅L^−1⋅min⁻¹。

③25min时，物质浓度变化如图所示，则改变的条件可能是___________(填字母标号)。

A.缩小容器体积

B.增加NO₂的浓度

C.降低温度

D.升高温度

Answer

放 50% 283kJ/mol 631.75 2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g) ΔH= -1196kJ/mol BC 0.032 D

【解析】

(1)①由表中数据可知，升高温度，K变小，说明反应逆向进行，即正反应为放热反应；

②在830 ℃下，K=1，故可利用K和三段式计算CO的转化率；

(2) ①根据燃烧热的概念判断，反应热与键能的关系计算；

②根据盖斯定律计算此反应的反应热，写出热化学方程式；
(3)①可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；

②前5min 内N2变化浓度为0.04mol/L，根据平均反应速率公式计算CO的平均反应速率；

③根据反应的特点，浓度、压强、温度对化学平衡的影响分析解答。

(1)①由表中数据可知，升高温度，K变小，说明反应逆向进行，即正反应为放热反应；

②在830 ℃下，K=1，设转化CO物质的量为x

CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)

起始（mol） 1 1 0 0

转化（mol） x x x x

平衡（mol） 1-x 1-x x x

平衡常数K===1，解得，x=0.5，即CO转化率为100%=50%；

因此，本题正确答案是：放；50%；

(2) ①已知2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g) ΔH＝−566.0 kJ·mol−1，可以知道1molCO完全燃烧生成1molCO2时释放的能量为=283kJ，则CO的燃烧热为283kJ/mol；

由反应②可知，1molN2(g)和1molO2反应生成2molNO(g)吸收180.0 kJ热量，根据反应热与键能的关系可得946 kJ·mol−1+498 kJ·mol−1-2E(氮氧键)= 180.0 kJ·mol−1，则有E(氮氧键)= 631.75 kJ·mol−1；

②CO将NO2还原为单质的化学方程式为2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)，结合反应：

①2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g) ΔH＝−566.0 kJ·mol−1

②N2(g)＋O2(g) 2NO(g) ΔH＝+180.0 kJ·mol−1

③2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) ΔH＝−116.5 kJ·mol−1

根据盖斯定律可以知道，①2-②-③可得： 2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)，则ΔH =（−566.0 kJ·mol−1）2-（+180.0 kJ·mol−1）-（−116.5 kJ·mol−1），则CO将NO2还原为单质的热化学方程式为：2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g) ΔH= -1196kJ/mol，

因此，本题正确答案是：283kJ/mol ；631.75 ；2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g) ΔH= -1196kJ/mol；

(3)①A. 反应2NO2(g)+4CO(g) ⇌N2(g)+4CO2(g)中，若2υ正(NO2)=υ逆(N2)，说明正反应速率和逆反应速率不相等，不能说明反应达到平衡状态；

B. 混合气体的质量始终不变，气体的总物质的量不确定，则混合气体的相对分子质量为变量，当容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变时，说明反应达到平衡状态；

C. 在恒温、恒容条件下，反应2NO2(g)+4CO(g) ⇌N2(g)+4CO2(g)进行过程中气体总物质的量不断变化，压强也在变化，当容器内混合气体的压强保持不变，说明达到平衡状态；

D. 反应热大小只与起始和终止状态有关，ΔH保持不变，不能说明反应达到平衡状态；

E．混合气体的质量和体积始终不变，则容器内混合气体的密度保持不变，混合气体的密度不再变化不能说明反应达到平衡状态。

因此，本题正确答案是：BC；

②2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)，从反应开始到5min，生成了0.08mol N2，

则5min内υ(CO)==0.032mol⋅L−1⋅min−1；

因此，本题正确答案是：0.032；

③由图像可知，25min时，改变条件的瞬间NO2和N2的浓度都不变，改变条件后，NO2浓度增大，N2浓度减小，说明平衡逆向移动，故改变的条件应该是升高温度，选D，

因此，本题正确答案是：D。