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:

(1)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。2000 K时，向容积为2 L的密闭容器中充入2 mol N₂与2 mol O₂，发生上述反应，经过5 min达到平衡，此时容器内NO的体积分数为0.75%，则该反应在5 min内的平均反应速率v(O₂)=____mol/(L·min)，N₂的平衡转化率为___，2000 K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．NO、N₂、O₂的浓度保持不变

d．单位时间内分解4 mol NO，同时生成2 mol N₂

(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)　ΔH=-574 kJ·mol^-1

CH₄(g)+2NO₂(g)= N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)　ΔH=-867 kJ·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)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 CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160 kJ·mol-1 2CO+2NO2CO2+N2

【解析】

利用“三段式”计算出氧气的反应速率，氮气的转化率和平衡常数；根据“先拐先平数值大”判断出T2＞T1，温度升高，一氧化氮的转化率减小，平衡逆向移动，逆向为吸热的方向，正向为方放热的方向；根据化学平衡的判断依据进行判断；利用盖斯定律消去二氧化氮可得到CH4与NO反应生成N2、CO2、H2O(g)的热化学方程式；根据所给信息判断生成物是二氧化碳和氮气，完成化学方程式。

(1)设变化的氮气的浓度为x，列出“三段式”：

NO的体积分数为0.75%，可得=0.75%，x=0.0075mol/L，v(O2)==，N2的平衡转化率为=0.75%，K===2.28×10-4；

(2)①根据图像，温度升高，NO的转化率减小，说明升高温度平衡向逆向移动，正反应是放热反应；

②a．该反应是反应前后气体分子数不变的反应，所以无论反应是否达到平衡状态，体系的压强始终不变，容器内的压强不发生变化不能说明反应达到平衡状态；

b．由于容器为恒容，气体的体积和总质量保持不变，故密度始终保持不变，密度不变不能说明反应达到平衡状态；

c．NO、N2、O2的浓度为变值，若浓度保持不变，能说明反应达到平衡状态；

d．单位时间内分解4mol NO，同时生成2 mol N2，都是正反应速率，不能说明正反应速率等于逆反应速率，故不能说明反应达到平衡状态；

答案选c；

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

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

①根据盖斯定律，将②×2-①，可以得到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) ΔH=-1160 kJ·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(NO)转化为无毒气体氮气和二氧化碳，该反应的化学方程式为2CO+2NO2CO2+N2。