Question

13．汽车尾气治理的方法之一是在汽车的排气管上安装一个“催化转化器”．
已知反应2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-113kJ•mol^-1
①为了模拟催化转化器的工作原理，在T℃时，将2mol NO与1mol CO充入1L反应容器中，反应过程中NO（g）、CO（g）、N₂（g）的物质的量浓度变化如下图所示，则反应进行到15min时，NO的平均反应速率为0.027mol•L^-1•min^-1．
②请在图中画出20～30min内NO、CO浓度发生变化的曲线，引起该变化的条件可能是b（填字母）．
a．加入催化剂　　　　　b．降低温度
c．缩小容器体积  d．增加CO₂的物质的量
③当25min达到平衡后，若保持体系温度、容积不变，再向容器中充入NO、N₂气体各1mol，平衡将向左移动（填“向左”“向右”或“不”）．
（3）用CH₄催化还原NO_x也可以消除氮氧化物的污染．例如，
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1
若用标准状况下4.48L CH₄还原NO₂至N₂，则整个过程中共放出热量173.4kJ．

Answer 1

分析 ①根据V=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$来计算；
②根据氮气的变化来确定NO、CO的变化；结合图象根据外界条件对化学平衡的影响来判断；
③先根据三段法求出各自的浓度，然后求出平衡常数和浓度熵，最后根据平衡常数的大小与浓度熵的大小来确定平衡移动方向；
（3）知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
利用盖斯定律将$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），根据盖斯定律计算反应的焓变，结合热化学方程式进行计算．

解答 解：①由图象可知在15min内NO的物质的量变化0.4mol，则NO的平均反应速率为=$\frac{\frac{0.4}{1}}{15}$mol•L^-1•min^-1₌0.027 mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.027 mol•L^-1•min^-1；
②氮气的变化的物质的量与NO、CO的变化的物质的量成正比，25分钟后达到平衡，图象为：

由图象可知，平衡向正反应方向移动，
a、加入催化剂，平衡不移动，故a错误；
b、降低温度，平衡向正反应方向移动，故b正确；
c、缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，达平衡时，浓度应大于25min时的浓度，故c错误；
d、增加CO₂的物质的量，平衡向逆反应方向移动，氮气的平衡浓度降低，故d错误．
故答案为：；b；

③化学平衡常数等于平衡时生成物的浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，所以K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，由平衡常数表达式可知一氧化氮的系数是2次方，所以再向容器中充入NO、N₂气体各1mol，分母增加的幅度大，导致Q_C减小，即平衡逆向移动，即向左移动，故答案为：向左；
（3）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
利用盖斯定律将$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=-867kJ•mol^-1，若用标准状况下4.48L即0.2mol CH₄还原NO₂至N₂，则整个过程中共放出热量867kJ×0.2=173.4kJ，故答案为：173.4．

点评 本题主要考查了平衡常数的计算、外界条件对平衡的影响、盖斯定律的应用等知识，难度中等，注意知识的归纳和梳理是关键．