Question

12．近年来我国汽车拥有量呈较快增长趋势，NO_x是汽车尾气中的主要污染物之一
（1）汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：

热化学方程式N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）的△H=+183 kJ/mol，该反应的△S＞0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO₂（g）+NaCl（s）═NaNO₃（s）+ClNO（g）   K₁△H＜0  （I）
2NO（g）+Cl₂（g）═2ClNO（g）              K₂△H＜0  （II）
①4NO₂（g）+2NaCl（s）═2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
②为研究不同条件对反应（II）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应（Ⅱ）达到平衡．测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则平衡后n（Cl₂）=0.025mol，NO的转化率α₁=75%．③其它条件保持不变，反应（II）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”），平衡常数K₂不变（填“增大”“减小”或“不变”，若要使K₂减小，可采用的措施是升高温度．
（3）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．依据温度对合成氨反应的影响，在如图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH₃物质的量变化的曲线示意图：

Answer 1

分析 （1）根据能量变化图计算反应热，反应热=反应物的键能和-生成物的键能和，标注物质聚集状态和对应反应焓变书写热化学方程式得到反应焓变，反应前后是气体体积不变的反应，反应自发进行的条件是△G=△H-T△S＜0，非自发进行△G=△H-T△S＞0，据此反应是非自发进行来判断熵变；
（2）①依据化学平衡常数概念，结合反应化学方程式书写反应的平衡常数，
2NO₂（g）+NaCl（s）═NaNO₃（s）+ClNO（g） K₁△H＜0 （I）
2NO（g）+Cl₂（g）═2ClNO（g） K₂△H＜0 （II），
4NO₂（g）+2NaCl（s）═2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）结合平衡常数表达式计算得到平衡常数关系；
②依据平衡三段式列式计算，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应（Ⅱ）达到平衡，测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物质的量为7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
             2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2      0.1       0
变化量（mol） 0.15    0.075     0.15
平衡量（mol） 0.05    0.025    0.15
依据反应速率概念、转化率概念的计算，计算V=$\frac{△c}{△t}$，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小，为保持恒压所以容器体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向进行，平衡时NO的转化率α₂ 增大；平衡常数随温度变化，不随浓度、压强变化，若要使K₂减小，平衡逆向进行，反应是放热反应，依据平衡移动原理应升高温度，平衡逆向进行，平衡常数随温度变化；
（3）合成氨的反应是放热反应，开始反应，氨气物质的量增大，达到平衡状态，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，据此画出变化图象；

解答 解：（1）该反应中的反应热=反应物的键能和-生成物的键能和=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以N₂和O₂反应生成NO的热化学反应方程式为N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183kJ•mol^-1，该反应在常温下非自发进行，则△G=△H-T△S在低温时△G＞0，所以△S＞0，
故答案为：+183 kJ/mol，＞；
（2）①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），△H₁＜0 （Ⅰ），平衡常数K₁=$\frac{[ClNO]}{[N{O}_{2}]^{2}}$，
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），△H₂＜0 （Ⅱ），平衡常数K₂ =$\frac{[ClNO]^{2}}{[NO]^{2}[C{l}_{2}]}$，
4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=$\frac{[C{l}_{2}][NO]^{2}}{[N{O}_{2}]^{4}}$，计算得到K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案为：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
②在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应（Ⅱ）达到平衡，测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物质的量为7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
             2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2      0.1         0
变化量（mol） 0.15    0.075      0.15
平衡量（mol） 0.05    0.025      0.15
则平衡后n（Cl₂）=0.025mol，
NO的转化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
故答案为：0.025；75%；
③其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小，为保持恒压所以容器体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向进行，平衡时NO的转化率α₂ 增大；平衡常数随温度变化，不随浓度、压强变化，若要使K₂减小，平衡逆向进行，反应是放热反应，依据平衡移动原理应升高温度，平衡逆向进行，
故答案为：＞；不变；升高温度；
（3）合成氨的反应是放热反应，反应达到一定温度才可以发生反应，开始反应，氨气物质的量增大，达到平衡状态，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，画出的图象为，故答案为；．

点评 本题涉及化学反应的能量变化以及化学平衡等知识，化学平衡常数的计算，影响化学平衡的因素分析应用判断，属于综合知识的考查，掌握基础是关键，题目难度中等．