Question

14．汽车尾气是城市的主要空气污染物，研究控制汽车尾气成为保护环境的首要任务．在汽车上安装三效催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物进行相互反应，生成无毒物质；或者使用新型燃料电池作汽车动力，减少汽车尾气污染．
（1）H₂或CO可以催化还原NO以达到消除污染的目的．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
则H₂（g）与NO（g）反应生成N₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式是2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ•mol^-1．
（2）当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率．图表示在其他条件不变时，反应：2CO（g）+2NO（g）?2CO₂（g）+N₂（g） 中NO的浓度[c（NO）]随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线．
①该反应的△H＜0 （填“＞”或“＜”）．
②若催化剂的表面积S₁＞S₂，在右图中画出c （NO） 在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（3）在某温度时，按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

时间/s	0	1	2	3	4
c （NO）（×10-3 mol•L-1）	1.00	0.50	0.20	0.10	0.10
c （CO）（×10-3 mol•L-1）	3.00	2.50	2.20	2.10	2.10

不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响，按要求完成以下计算（写出计算过程，只写出计算结果的不给分）：①计算前2s内的△c （CO₂）；
②计算前2s内的平均反应速率v （N₂）；
③计算达到平衡时NO的转化率．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①可得：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）；
（2）①根据到达平衡的时间，判断温度高低，再根据不同温度下到达平衡时NO的浓度高低，判断温度对平衡的影响，据此判断反应热效应；
②催化剂的表面积S₁＞S₂，则催化剂S₁到达平衡的时间比催化剂S₂短，催化剂不影响平衡移动，平衡时NO的浓度相同，据此作图；
（3）反应为：2CO（g）+2NO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），
①结合图表数据计算得到前2s内的△c （CO₂）；
②利用图表数据和化学平衡三行计算分别列式计算得到前2s内的平均反应速率v （N₂）；
③3s反应达到平衡状态，NO物质的量浓度1×10^-3 mol•L^-1 变化为0.1×10^-3 mol•L^-1，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①可得：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ•mol^-1，
故答案为：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ•mol^-1；
（2）①温度T₂到达平衡的时间短，反应速率快，故温度T₂＞T₁，温度越高，平衡时NO的浓度越高，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
②催化剂的表面积S₁＞S₂，则催化剂S₁到达平衡的时间比催化剂S₂短，催化剂不影响平衡移动，平衡时NO的浓度相同，故c（NO） 在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为，故答案为：；
（3）2CO（g）+2NO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）   
起始浓度（×10^-3 mol•L^-1）  3.00          1.00              0             0   
2s末浓度（×10^-3 mol•L^-1）  2.20           0.20             0.80          0.40    
2s变化浓度（×10^-3 mol•L^-1）0.80          0.80             0.80          0.40
平衡浓度（×10^-3 mol•L^-1）  2.10           0.10             0.90          0.45    
①△c （CO₂）=0.80 mol•L^-1，答：前2s内的△c （CO₂）为0.80 mol•L^-1 ；
②v （N₂）=$\frac{0.40molL}{2s}$=0.20 mol•L^-1•s^-1，
答：0.20 mol•L^-1•s^-1 ；
③依据上述三行计算得到平衡时NO的转化率为$\frac{1.00×1{0}^{-3}-0.1×1{0}^{-3}}{1.00×1{0}^{-3}}$×100%=90%，
答：达到平衡时NO的转化率为90%．

点评 本题主要考查化学反应速率、影响化学平衡的因素、化学平衡图象以及热化学方程式的书写等，注意根据“先拐先平数值大”原则判断温度高低是关键，作图时注意到达平衡的时间与平衡时NO的浓度，难度不大．