Question

16．减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一．
（1）己知：N₂ （g）+O₂ （g）=2NO （g）△H=+180.5kJ•mol^-1
C（s）+O₂ （g）=CO₂ （g）△H=-393.5kJ•mol^-1
2C （s）+O₂（g）=2CO （g）△H=-221kJ•mol^-1
若某反应的平衡常数表达式为：$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，
请写出此反应的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol^-1．
（2）用CH₄催化还原NO_x可以消除污染，若将反应CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂设计为原电池，电池内部是掺杂氧化钇的氧化锆晶体，可以传导O^2-，则电池的正极反应式为2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-．
（3）利用H₂和CO₂在一定条件下可以合成乙烯：6H₂（g）+2CO₂（g） $\stackrel{催化剂}{?}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）  己知不同温度对CO₂的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是①③④（填序号）．

①不同条件下反应，N点的速率最大
②M点时平衡常数比N点时平衡常数大
③温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大
④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO₂的转化率
（4）在密闭容器中充入5mol CO和4mol NO，发生上述（1）中某反应，如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系．

回答下列问题：
①温度：T₁＞ T₂（填“＜”或“＞”）．
②某温度下，若反应进行到10分钟达到平衡状态D点时，容器的体积为2L，则此时的平衡常数K=0.22 L•mol^-1（结果精确到两位小数）；用CO的浓度变化表示的平均反应速率V（CO）=0.1 mol/（L•min）．
③若在D点对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的A点．

Answer 1

分析 （1）依据平衡常数表达式书写热化学方程式，结合已知的热化学方程式和盖斯定律计算得到缩小热化学方程式的焓变，得到此反应的热化学方程式；
（2）若将反应CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂设计为原电池，电池内部是掺杂氧化钇的氧化锆晶体，可以传导O^2-，负极为甲烷失电子生成二氧化碳，正极二氧化氮得到电子生成氮气，用氧离子配平电荷守恒得到电极反应；
（3）①温度升高化学反应速率加快，催化剂的催化效率降低；
②反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行；
③该反应是放热反应，升温平衡逆向移动；
④温度越低催化剂活性越小，反应速率越慢；
（4）①根据反应2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ•mol^-1，升高温度，平衡逆向移动，所以NO的体积分数会增大；
②化学平衡三行计算列式计算平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；用CO的浓度变化表示的平均反应速率v（CO）=$\frac{△c}{△t}$；
③根据三行式结合化学平衡移动原理来回答．

解答 解：（1）若某反应的平衡常数表达式为：k=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，反应为2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），
①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
③2C（s）+O ₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
盖斯定律计算②×2-③-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•molˉ¹，
故答案为：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1；
（2）若将反应CH₄+2NO₂=CO₂+2H₂O+N₂设计为原电池，电池内部是掺杂氧化钇的氧化锆晶体，可以传导O^2-，负极为甲烷失电子生成二氧化碳，正极二氧化氮得到电子生成氮气，用氧离子配平电荷守恒得到电极反应，正极电极反应为：2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-，
故答案为：2NO₂+8e^-=N₂+4O^2-；
（3）①温度越高，反应速率越大，但M、N点温度、催化剂均不同，则N点速率不最大，故①错误；
②升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故②正确；
③温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行乙烯的产率减小，故③错误；
④为提高CO₂的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故④错误；
故答案为：①③④；
（4）①根据反应2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ•mol^-1，升高温度，平衡逆向移动，所以NO的体积分数会增大，即T₁＞T₂，
故答案为：＞；
②某温度下，反应达到平衡状态D点时，NO的体积分数是25%，设CO的变化浓度是x，
                 2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
初始浓度：2.5             2                  0            0
变化浓度：x                 x                0.5x             x
平衡浓度：2.5-x             2-x               0.5x                x
NO的体积分数是25%，即$\frac{2-x}{2.5-x+2-x+0.5x+x}$×100%=25%，解得x=1，此时K=$\frac{{1}^{2}×0.5}{1．{5}^{2}×1}$=0.22 L•mol^-1；
用CO的浓度变化表示的平均反应速率V（CO）=$\frac{1mol/L}{10min}$=0.1 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.22 L•mol^-1；0.1 mol/（L•min）；
③若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，则平衡会逆向移动，NO的体积分数增加，重新达到的平衡状态可能是图中A点，
故答案为：A．

点评 本题涉及盖斯定律的应用、化学平衡的有关计算，电极反应式的书写知识，注意知识的综合应用是关键，题目难度中等．