题目内容
【题目】研究氮的氧化物、碳的氧化物等大气污染物的处理具有重要意义。
I.已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ·mol-1
②CO的燃烧热△H=-283 kJ·mol-1。
(1)汽车排气管内安装的催化转化器,可使尾气中主要污染物(NO和CO)转化为无毒的大气循环物质,该反应的热化学方程式为________________________________。
(2)一定温度下,在恒容密闭容器中充入1 mol NO和2 mol CO进行该反应,下列不能判断反应达到化学平衡状态的是___________(用序号填空)
①单位时间内消耗a mol CO的同时生成2a mol NO
②混合气体的平均相对分子质量不再改变
③混合气体中NO和CO的物质的量之比保持不变
④混合气体的密度不再改变
II.臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),向甲、乙两个体积都为1.0 L的恒容密闭容器中分别充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3,分别在T1、T2温度下,经过一段时间后达到平衡。反应过程中n(O2)随时间(t)变化情况见下表:
(3)T1______T2(填>、<或=,下同),该反应△H________0。
(4)甲容器中,0~3s内的平均反应速率v(NO2)=________。
(5)甲容器中NO2平衡转化率为__________,T1时该反应的平衡常数为__________。
【答案】2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol ①④ > < 0.24 mol/(L·s) 80.0% 20
【解析】
I.(1)将已知的两个热化学方程式叠加,可得相应的热化学方程式;
(2)根据化学平衡状态的特征解答,当反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相等,各物质的浓度、百分含量不变,以及由此衍生的一些量也不发生变化;
II.(3)发生反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),温度高,速率快,达到平衡所需要的时间缩短,据此分析比较温度,利用温度与O2的平衡含量分析判断;
(4)对于甲容器中,0~3s内的平均反应速率v(NO2)=2v(O2),根据图表数据计算氧气的反应速率得到;
(5)根据O2的平衡浓度计算各种物质的平衡浓度,然后利用物质转化率等于转化量与起始量的比计算NO2的转化率;利用平衡常数含义计算甲在温度为T1时的平衡常数。
I.(1)已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ/mol
②CO的燃烧热△H=-283 kJ/mol,热化学方程式:CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ/mol
根据盖斯定律计算②×2-①得到该反应的热化学方程式:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol;
(2)①单位时间内消耗a mo1CO的同时生成2a mol NO,反应逆向进行,正、逆反应速率不等,说明没有反应达到平衡状态,①错误;
②反应前后气体质量不变,气体物质的量为变量,当混合气体的平均相对分子质量不再改变,说明各组分的浓度不再变化,该反应达到平衡状态,②正确;
③一定温度下,在恒容密闭容器中充入1 mol NO和2 mol CO进行该反应,反应中NO和CO按照1:1反应进行,混合气体中NO和CO的物质的量之比保持不变,说明反应达到平衡状态,③正确;
④反应前后气体质量和体积不变,混合气体的密度始终不改变,不能根据混合气体的密度判断平衡状态,④错误;
故合理选项是①④;
II.(3)可逆反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),甲、乙两个体积都为1.0 L的恒容密闭容器中分别充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3,分别在T1、T2温度下,经过一段时间后达到平衡,图表数据可知,甲容器中达到平衡时间短,速率快,说明反应的温度高,因此温度T1>T2;根据表格数据可知:升高温度,反应达到平衡时 O2的含量比温度低时低,说明升高温度,化学平衡逆向移动,根据平衡移动原理:升高温度,化学平衡向吸热反应分析移动,逆反应为吸热反应,则该该反应的正反应为放热反应,所以△H<0;
(4)甲容器中,0~3s内的平均反应速率v(NO2)=2v(O2)=2×=0.24 mol/(L·s);
对于甲容器,发生反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),反应达到平衡时n(O2)=0.8 mol,会同时反应n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol,反应消耗n(O3)=0.8 mol,n(NO2)=2×0.8 mol=1.6 mol,所以平衡时n(N2O5)=2.0 mol-1.6 mol=0.4 mol,n(O3)=1.0 mol-0.8 mol=0.2 mol,n(N2O5)=n(O2)=0.8 mol,所以甲容器中NO2平衡转化率=×100%=80.0%;反应容器的容积是1L,所以各种物质的平衡时的物质的量为物质的平衡浓度,则该反应的化学平衡常数K==20。