问题 计算题

消除汽车尾气是减少城市空气污染的热点研究课题。

(1)汽车内燃机工作时发生的反应N2(g) + O2(g)2NO(g),生成的NO是汽车尾气的主要污染物。T ℃时,向5L密闭容器中充入6.5 molN2和7.5 molO2,在5 min时反应达到平衡状态,此时容器中NO的物质的量是5 mol(不考虑后续反应)。则:

①5 min内该反应的平均速率ν(NO) =                ;在T ℃时,该反应的平衡常数K =                

② 反应开始至达到平衡的过程中,容器中下列各项发生变化的是       (填序号)。

a.混合气体的密度         b.混合气体的压强

c.正反应速率             d.单位时间内,N2和NO的消耗量之比

(2)用H2或CO催化还原NO可以达到消除污染的目的。

已知:2NO(g) = N2(g) + O2(g)   △H =" —180.5" kJ·mol1

2H2O(l) =2H2(g) + O2(g)    △H =" +571.6" kJ·mol-1

则H2(g)与NO(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式是

                                                                       

(3)当质量一定时,增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率。下图表示在其他条件不变时,反应2NO(g) + 2CO(g) 2CO2(g) + N2(g) 中,NO的浓度[c(NO)]随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。

① 该反应的H       0 (填“>”或“<”)。

②若催化剂的表面积S1>S2 ,在右图中画出c(NO) 在T1、 S条件下达到平衡过程中的变化曲线(并作相应标注)。

答案

(16分)

(1)(共9分)① 0.2 mol·L-1·min-1(2分)       1.25(3分)    ② c d(4分)

(2)(共3分)2H2(g) + 2NO(g)=N2(g) + 2H2O(l)  △H = -752.1 kJ·mol-1

(3)(共4分)① <(2分)    

②(2分)见图:

题目分析:(1)①由于c=n/V,各组分变化浓度之比等于系数之比,由此推断该反应体系中各组分的(起始、变化、平衡)浓度,则:

N2(g) +  O2(g) 2NO(g)

起始浓度(mol/L)    1.3      1.5        0

变化浓度(mol/L)    0.5      0.5        1

平衡浓度(mol/L)    0.8      1.0        1

根据平均反应速率的定义式,v(NO)===0.2mol/(L•min)

根据化学平衡常数的定义式,K==mol2/L2≈1.25

②混合气体的密度等于混合气体总质量除以容器体积,由于该反应各组分都是气体,所以混合气体总质量始终保持不变,容器体积始终为5L,因此混合气体密度始终保持不变,且密度不变不能说明达到平衡,故a错误;由于N2(g)+ O2(g)2NO(g)的正反应是气体物质的量保持不变的反应,则混合气体总的物质的量始终不变,且容器内混合气体的压强始终不变不能说明达到平衡,故b错误;从反应开始达到平衡,反应物浓度逐渐减小,所以正反应速率逐渐减小,故c正确;单位时间内,N2和NO的消耗量之比就是正反应速率和逆反应速率之比,反应开始时,正反应速率最大、逆反应速率最小,此时N2和NO的消耗量之比最大,反应达到平衡时,正反应速率=逆反应速率,此时N2和NO的消耗量之比最小(为1/2),故d正确;

(2)根据盖斯定律,已知的前一个热化学方程式减去后一个热化学方程式,可以得到:2H2(g) + 2NO(g)=N2(g) + 2H2O(l)  △H = -752.1 kJ·mol-1;(3)读图,两条曲线先后达到平衡,说明T2>T1,即升高温度,平衡时c(NO)增大,由于升温平衡向吸热方向移动,c(NO)增大说明平衡向逆反应方向移动,则逆反应是吸热反应,所以正反应是放热反应,△H<0;画图要点:S1变为S2,即减小催化剂表面积,反应速率减小,单位时间内NO的变化浓度减小,则T1、S2的曲线位于T1、S1曲线的右边;催化剂不能使平衡移动,所以NO的平衡浓度与T1、S1曲线相同,只是达到平衡的时间比T1、S1曲线增大。

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