Question

汽车内燃机工作时产生的高温会引起N₂和O₂发生反应生成NO气体，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一．
（1）如图表示在T₁、T₂两种不同温度下，一定量的NO发生反应：2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）．反应过程中N₂的体积分数随时间变化的图象．升高温度，该反应的平衡常数K将

减小

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）2000℃时，向容积为2L的密闭容器中充入10mol N₂与5mol O₂，达到平衡后NO的物质的量为2mol，则2000℃时该反应的平衡常数K的数值为

1

9

．该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1mol，则达到平衡后N₂的转化率为

1

7

或14.3%

．
（3）研究发现，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
若1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为

867

kJ．

Answer 1

分析：（1）根据“先拐先平数值大”知，T₁＜T₂，升高温度氮气的体积分数减小，平衡向逆反应方向移动，根据反应物和生成物浓度的变化判断K的变化；
（2）平衡常数为产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比，所以该反应平衡常数为k=

C2(NO)

C(N2)C(O2)

利用三段式求出反应混合物各组分物质的量的变化量、平衡时反应混合物各组分物质的量，再求出平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
令N₂转化的物质的量为xmol，利用三段式求出反应混合物各组分物质的量的变化量、平衡时反应混合物各组分物质的量，再求出平衡浓度，代入平衡常数列方程，求出x值，再根据转化率定义计算．
（3）先将两个方程式相加得甲烷转化为氮气的方程式，根据甲烷和热量的关系计算放出的热量．

解答：解：（1）根据“先拐先平数值大”知，T₁＜T₂，升高温度氮气的体积分数减小，平衡向逆反应方向移动，反应物浓度增大，生成物浓度减小，平衡常数K减小；
故答案为：减小；
（2）利用三段式求出反应混合物各组分物质的量的变化量、平衡时反应混合物各组分物质的量．
              N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：10       5         0
反应（mol）：1        1         2
平衡（mol）：9        4         2
所以平衡常数k=

C2(NO)

C(N2)C(O2)

=

2mol 2L

9mol 2L . 4mol 2L

=

1

9

令N₂转化的物质的量为xmol，则
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：1      1              0
反应（mol）：x      x              2x
平衡（mol）：1-x   1-x            2x
所以

2xmol 2L

(1-x)mol 2L . (1-x)mol 2L

=

1

9

解得x=

1

7

，N₂的转化率为

1 7 mol

1mol

×100%=14.3%；
故答案为：

1

9

（或0.11），

1

7

（或14.3%）；
（3）设放出的热量为y．
将两个方程式CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1、CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1相加得：
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734kJ?mol^-1
2mol                                           1734KJ
1mol                                              y                                             
y=867KJ
故答案为：867．

点评：本题考查了化学平衡的有关计算、反应热的计算等知识点，根据三段式法进行化学平衡的有关计算、根据物质的量与热量的关系式计算放出的热量即可，注意化学平衡常数有温度有关，与化学反应方程式的书写有关，为易错点．