题目内容
【题目】汽车尾气中排放的NxOy和CO,科学家寻找高效催化剂实现大气污染物转化:
2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) △H1
(1)已知:CO的燃烧热△H2 = -283 kJ·moL-1。几种化学键的键能数据如下:
已知:N2(g)+O2(g) =2NO(g) △H3,则:△H1= __________。
(2)CO与空气在KOH溶液中构成燃料电池(石墨为电极),若放电后电解质溶液中离子浓度大小顺序为c(K+)> c(HCO3-)> c(OH-) > c(H+)> c(CO32-),则负极的反应式为________;
(3)在一定温度下,向2L的密闭容器中充入4.0molNO2和4.0molCO,在催化剂作用下发生反应4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g) △H< 0,相关数据如下:
0 min | 5min | 10min | 15min | 20min | |
c(NO2) | 2.0 | 1.7 | 1.56 | 1.5 | 1.5 |
c(N2) | 0 | 0.15 | 0.22 | 0.25 | 0.25 |
①5~10min,用CO的浓度变化表示的反应速率为:____________。
②能说明上述反应达到平衡状态的是__________。
A.2n正(NO2) =n逆(N2) B.混合气体的平均相对分子质量不变
C.气体密度不变 D.容器内气体压强不变
③20min时,向容器中加入1.0molNO2和1.0molCO,在t1时刻再次达到平衡时,NO2的转化率比原平衡时_____(填“变大”、“ 变小”或“不变”)。
④计算此温度下的化学平衡常数K=__________。
⑤在上述平衡的基础上,在时间t2、t3时改变反应的某一条件,反应速率的变化如图所示,则在t3时刻改变的反应条件是:_______;在时间15-20,t1-t2,t2-t3,t4-t5时的平衡常数分别为K1、K2、K3、K4,请比较各平衡常数的大小关系:_____________________。
【答案】 —749kJ·moL-1 CO—2e—+3OH—=HCO3—+H2O v(CO)=0.056mol/(L .min) BD 变大 0.11或1/9 L/ mol 降低温度 K1=K2=K3<K4
【解析】(1)△H3=(945+498-2×630)kJ·moL-1=+183kJ·moL-1,CO的燃烧热△H2 = -283 kJ·moL-1,即2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H = -566 kJ·moL-1,设①N2(g)+O2(g) =2NO(g) △H3,②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H,则②-①得:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) △H1=△H-△H3,所以△H1=-566 kJ·moL-1-183kJ·moL-1=-749 kJ·moL-1。
(2)由题意,负极反应生成HCO3-,故负极的反应式为:CO-2e-+3OH-=HCO3-+H2O。
(3)①5~10min,用N2的浓度变化表示的反应速率为:(0.22-0.15)mol/L÷5min=0.014 mol/(Lmin),因为用不同物质表示的反应速率之比=化学计量数之比,所以v(CO)= 0.014 mol/(Lmin)×4 = 0.056mol/(Lmin)。
②A项,由化学方程式反应关系,n正(NO2)=2 n正(N2),所以当2n正(NO2) =n逆(N2)时,4n正(N2)= n逆(N2),逆反应速率大于正反应速率,平衡逆向移动;B项,该反应是气体分子数变化的反应,混合气体的平均相对分子质量是一个变量,所以当混合气体的平均相对分子质量不变时,说明已经平衡;C项,气体质量不变,容积不变,故气体密度始终不变,无法判断是否平衡;D项,该反应是气体分子数变化的反应,只要不平衡容器内气体压强就变化,当容器内气体压强不变时,说明已经平衡。故选BD。
③该反应是一个气体分子数减小的反应,所以增大压强,有利于平衡正向移动,故20min时,向容器中加入1.0molNO2和1.0molCO,在t1时刻再次达到平衡时,NO2的转化率比原平衡时变大。
④由已知可列出三段式:
K==
=
≈0.11。
⑤由图可得,t3时正逆反应速率均减小,且正反应速率大于逆反应速率,因为该反应是气体分子数减小的反应,故不是减压,又因为该反应正向是放热反应,故改变条件应为:降低温度;上述四段时间,只有t4-t5时温度与其它不同且较低,又因为该反应正方向为放热反应,所以平衡常数K1=K2=K3<K4。
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