Question

【题目】汽车尾气已成为城市空气的主要污染源之一，其中的氮氧化物是重要污染物。

（1）汽车内燃机工作时产生NO的原理如图1所示：

该反应的热化学方程式为______。

（2）治理尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0。若在一定温度下将2mol NO、1mol CO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图2所示。

①则从开始到达到平衡状态的过程中，平均反应速率υ(CO2)=____，该温度下反应的平衡常数K=____(结果保留两位有效数字)

②20min时改变的条件可能是____

A.增大压强 C.减小CO2浓度且改用更高效的催化剂

B.降低温度 D.在恒温恒容条件下，充入He气体

③若保持温度不变，20min时向容器中充入CO、N2各0.6mol，平衡将____(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

（3）用焦炭还原NO2的反应为：2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒温条件下，向1L密闭容器中加入不同物质的量的NO2和足量C发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压强的关系如图3所示。

①下列不能说明该反应已达到平衡状态的是_____

a.C的质量不变 b. 混合气体的密度不再发生改变

c. v正(N2)＝υ逆(CO2) d.混合气体的颜色不再改变

②计算C点时该反应的平衡常数Kp(C)=___(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1 0.027mol·L-1·min-1 0.035 C 不 c 2

【解析】

(1)根据焓变ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和，结合图示分析解答；

(2)①根据图示中氮气的浓度变化计算平衡时二氧化碳的浓度，将各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式K=计算；②2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，根据图像，20min时氮气的浓度逐渐增大，平衡后变成0.4 mol/L，且建立平衡需要的时间减少，结合影响平衡的元素分析判断；③根据浓度商Qc与K的大小分析判断；

(3)①根据平衡状态的特征和标志分析判断；②根据三段式结合C点时NO2和CO2的物质的量浓度相等计算解答。

(1)根据图示，汽车内燃机工作时产生NO的原理为N2(g)＋O2(g)=2NO(g)，焓变ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和=[946 kJ/mol +498 kJ/mol]-632 kJ/mol×2= +180kJ/mol，故答案为：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH=+180kJ/mol；

(2)①平衡时氮气的浓度为0.2mol/L，则二氧化碳的平衡浓度为0.2mol/L×2=0.4mol/L，平均反应速率υ(CO2)== 0.027mol·L-1·min-1，由方程式2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0可知，平衡常数K===(L/mol)= 0.035，故答案为：0.027mol·L-1·min-1；0.035；

②2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，根据图像，20min时氮气的浓度逐渐增大，平衡后变成0.4 mol/L，且建立平衡需要的时间减少。A.增大压强，缩小容器的体积，氮气的浓度会突然增大，与图像不符，故A错误；B. 正反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，氮气的浓度逐渐增大，但反应速率减慢，建立平衡需要的时间更长，故B错误；C.减小CO2浓度，平衡正向移动，氮气的浓度逐渐增大，加入催化剂，平衡不一定，但能够缩短建立平衡需要的时间，故C正确；D.在恒温恒容条件下，充入He气体，平衡不一定，氮气的浓度不变，故D错误；故答案为：C；

③若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol，则浓度商Qc===K，故平衡不移动，故答案为：不；

(3)①a.C的质量不变，根据质量守恒定律，说明其余物质的质量也不变，说明达到了平衡状态，故a不选；b.混合气体的密度与气体的质量和体积有关，混合气体的密度不再发生改变，说明混合气体的质量不变，说明达到了平衡状态，故b不选；c.v正(N2)＝2υ逆(CO2)说明正逆反应速率相等，v正(N2)＝υ逆(CO2)，没有达到平衡状态，故c选；d.混合气体的颜色不再改变，说明二氧化氮的浓度不变，说明达到了平衡状态，故d不选；故答案为：c；

②1molNO2和足量C发生该反应，设反应的二氧化氮的物质的量为x：

2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始(mol)： 1 0 0

转化(mol)： x 0.5x x

平衡(mol)： 1-x 0.5x x

从图知C点时NO2和CO2的物质的量浓度相等，则1-x=x，解得x=0.5，则平衡时总的物质的量为1.25mol，C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)==2MPa，故答案为：2MPa(或2)。