Question

【题目】（Ⅰ）汽车尾气是城市主要空气污染物，研究控制汽车尾气成为保护环境的重要任务。

（1）汽车内燃机工作时发生反应：N2(g) + O2(g)2NO(g)，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。T ℃时，向一体积固定的密闭容器中充入6.5mol N2和7.5mol O2，在5 min时反应达到平衡状态，测得此时容器中NO的物质的量为5mol。

①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假设容器体积为5L，则5min内该反应的平均速率υ(NO) =___；

（2）H2或CO可以催化还原NO以达到消除污染的目的。

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

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △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___；判断该反应自发进行的条件：___。

②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。则该反应的△H___0（填“＞”或“＜”）。若催化剂的表面积S1＞S2 ，在该图中画出c(NO)在T1、 S2条件下达到平衡过程中的变化曲线___。

（3）某小组往一恒温恒压容器充入9mol N2和23mol H2模拟合成氨反应，图C为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强（p）的关系图．若体系在T2、60MPa下达到平衡．

①能判断N2（g）+3H2（g）2NH3（g）达到平衡的是___（填序号）．

a．容器内压强不再发生变化 b．混合气体的密度不再发生变化

c．v正（N2）=3v逆（H2） d．混合气体的平均相对分子质量不再发生变化

②此时N2的平衡分压为__MPa．（分压=总压×物质的量分数）。计算出此时的平衡常数Kp=___（用平衡分压代替平衡浓度计算，结果保留2位有效数字）。

Answer 1

【答案】 c d 0.2 mol·L-1·min-1 2H2(g) + 2NO(g) = N2(g) + 2H2O(l)　△H=－752.1 kJ·mol-1 低温自发 ＜ bd 9 0.043

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，化学反应自发性的判断，化学反应速率的计算，化学平衡图像的分析和作图，化学平衡状态的判断，化学平衡和化学平衡常数的计算。

（I）（1）①a项，该反应中所有物质全是气体，气体的总质量始终不变，容器的体积固定，混合气体的密度始终不变；b项，该反应是反应前后气体分子数不变的反应，从反应开始至达到平衡的过程中，气体物质的量始终不变，在体积固定的容器中混合气体的压强始终不变；c项，正反应速率随着时间的推移减小，平衡时保持不变；d项，随着时间的推移单位时间内N2的消耗量减小，随着时间的推移单位时间内NO的消耗量增大，随着时间的推移单位时间内N2和NO的消耗量之比减小；反应开始至达到平衡的过程中，容器中各项发生变化的是cd，答案选cd。

②根据题意，υ（NO）==0.2mol/（L·min）。

（2）①将两个反应编号，N2(g) + O2(g) = 2NO(g)　　　△H= +180.5 kJ·mol-1（①式）

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

应用盖斯定律，②式-①式得，2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=（-571.6kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-752.1kJ/mol，反应的热化学方程式为：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=-752.1kJ/mol。该反应的ΔH0，ΔS0，要使ΔG=ΔH-TΔS0，该反应在低温下自发进行。

②由图可见，T2、S1比T1、S1先出现拐点，T2、S1达到平衡的时间小于T1、S1达到平衡的时间，则T2T1；T2、S1平衡时c（NO）大于T1、S1平衡时c（NO），温度升高NO浓度增大，平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH0。根据题意：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，若催化剂的表面积S1＞S2，则T1、S2达到平衡的时间大于T1、S1；催化剂不能使化学平衡发生移动，T1、S2达到平衡时c（NO）与T1、S1平衡时相等；图像为。

（3）①a项，在恒压容器中容器内的压强始终不变，容器内压强不再发生变化不能说明反应达到平衡状态；b项，混合气体的总质量始终不变，该气体的正反应为气体分子数减小的反应，建立平衡的过程中混合气体的物质的量减小，恒温恒压容器中混合气体的体积减小，混合气体的密度增大，平衡时混合气体的体积不再变化，混合气体的密度不再变化，混合气体的密度不再发生变化表明反应达到平衡状态；c项，达到平衡时3υ正（N2）=υ逆（H2），υ正（N2）=3υ逆（H2）反应没有达到平衡状态；d项，混合气体的总质量始终不变，该气体的正反应为气体分子数减小的反应，建立平衡的过程中混合气体的物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量增大，平衡时混合气体的物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量不再变化，混合气体的平均相对分子质量不再发生变化表明反应达到平衡状态；能说明反应达到平衡状态的是bd，答案选bd。

②用三段式，设开始到平衡转化N2物质的量为xmol

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

n（起始）（mol） 9 23 0

n（转化）（mol） x 3x 2x

n（平衡）（mol） 9-x 23-3x 2x

则100%=60%，解得x=6，则平衡时N2、H2、NH3物质的量依次为3mol、5mol、12mol，N2、H2、NH3物质的量分数依次为15%、25%、60%，则N2的平衡分压为60MPa15%=9MPa。H2、NH3的平衡分压依次为15MPa、36MPa，平衡常数Kp=362（9153）=0.043。