Question

燃煤和汽车尾气是造成空气污染产生雾霾的原因之一．消除汽车尾气是减少城市空气污染的热点研究课题．
（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
②CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂ （g）△H=-283kJ?mol^-1
则汽车尾气中NO和CO在催化转化器中相互反应成无污染的气体的热化学方程式是

 

．
（2）在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线，如图1所示．
已知当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图中画出c（CO₂）在T₂、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（3）在一定温度下，将2.0mol NO、2.4mol气体CO通入到固定容积为2L的容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图2所示：
①有害气体NO的转化率为

 

，0～15min NO的平均速率v（NO）=

 

mol/（L?min）．（保留两位有效数字）
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是

 

（选填序号）．
a．缩小容器体积b．增加CO的量     c．降低温度  d．扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变，20min时再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化学平衡将

 

_移动（选填“向左”、“向右”或“不”），移动后在达到平衡时的平衡常数的值是

 

（保留两位有效数字）．
（4）汽车尾气中的SO₂和过氧化氢可设计成酸性原电池，请写出它的正极反应的方程式

 

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算

专题：

分析：（1）应用盖斯定律解题；
（2）接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同；
（3）①根据氮气浓度计算参加反应的一氧化氮浓度，再根据转化率公式计算NO的转化率，根据v（NO）=

△c

△t

计算；
②若改变反应条件，导致CO浓度减小，可以采用改变温度或容器容积的方法；
③根据平衡时浓度计算其平衡常数，根据浓度商与化学平衡常数相对大小判断平衡移动方向；
（4）正极发生还原反应，化合降低．

解答： 解：（1）由①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
②CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂ （g）△H=-283kJ?mol^-1
2×②-①得：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g））△H=-746.5kJ?mol^-1，
故答案为：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g））△H=-746.5kJ?mol^-1；
（2）接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₂到达平衡时相同，故c（CO₂）在T₂、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：，
故答案为：；
（3））①0～15min△C（N₂）=0.2mol/L，同一可逆反应中，各物质浓度变化之比等于其计量数之比，所以△C（NO）=2△C（N₂）=0.4mol/L，NO的转化率=

0.4mol/L 2.0mol

2L

=40%；
0～15min NO的平均速率v（NO）=

0.4mol/L

15min

=0.027mol/（L?min），
故答案为：40%；0.027mol/（L?min）；
②a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，但平衡时CO浓度大于第一次平衡浓度，故错误；
b．增加CO的量，平衡向正反应方向移动，但CO的转化率减小，所以CO的浓度增大，故错误；     
c．降低温度，平衡向正反应方向移动，则CO的浓度减小，故正确；   
d．扩大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，但平衡时CO浓度小于第一次平衡浓度，故正确；
故选c d；
③第一次平衡时c（N₂）=0.2mol/L，c（CO）=0.8mol/L，c（CO₂）=2c（N₂）=0.4mol/L，c（NO）=

2.0mol

2L

=0.6mol/L，
化学平衡常数K=

c2(CO2)．c(N2)

c2(NO)．c2(CO)

=

0.4×0.4×0.2

0.6×0.6×0.8×0.8

L/mol=

5

36

L/mol，
若保持反应体系的温度不变，20min时再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，c（CO）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.2mol/L=0.4mol/L，c（NO）=0.6mol/L+0.2mol/L=0.8mol/L，
其浓度商=

0.4×0.4×0.4

0.8×0.8×0.8×0.8

L/mol=

5

32

L/mol＞

5

36

L/mol，则平衡逆向方向移动，温度不变，化学平衡常数不变，
故答案为：向左；0.14；
（4）正极发生还原反应，化合降低，所以电极反应式为：H₂O₂+2e^-+2H⁺=2H₂O，故答案为：H₂O₂+2e^-+2H⁺=2H₂O．

点评：本题考查了盖斯定律、化学平衡的有关计算，根据反应速率、转化率公式计算NO的反应速率、转化率，会根据反应方程式计算化学平衡常数，利用化学平衡常数与浓度商的关系确定反应方向，化学平衡常数的有关计算是高考热点，要熟练掌握，有一定的难度．