题目内容

低碳出行,减少汽车尾气排放,保护我们的家园.

(1)在汽车尾气系统中装置催化转换器可减少NO和CO污染,反应为:2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)在2L的密闭容器中,n(CO2)与温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的关系如图1所示.
①该反应△H
 
0(填“>”、“<”),平衡常数表达式为
 
;在T2温度下0~2s内的平均反应速率υ(N2)=
 
.
②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S2>S1,在图1中画出n(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线.
③该反应在恒温、恒容的密闭容器中进行,图2示正确且能说明反应t1时刻达到平衡状态的是
 
(填代号).(图中υ逆、K、n、P分别表示逆反应速率、平衡常数、物质的量、体系压强)
(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染.己知:
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955kJ?mol-1
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ?mol-1
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H=-112.97kJ?mol-1
写出CH4(g)催化还原NO(g)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式:
 
.
考点:反应热和焓变,热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)①由图1可知升高温度,CO2减少,平衡逆移;根据方程式依据K的含义书写;根据CO2的变化量求出CO2的反应速率,再求出υ(N2);
②催化剂不改变平衡,只改变速率;
③反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,可由此进行判断;
(2)根据盖斯定律把已知方程式改写为目标方程式,再求出反应热,写出热化学方程式.
解答: 解:(1)①由图1可知升高温度,CO2减少,平衡逆移,说明逆方向为吸热方向,所以正方向为放热方向,即△<0;已知反应为:2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g),则平衡常数表达式为:K=
c2(CO2)?c(N2)
c2(NO)?c2(CO)
;已知CO2的变化量为0.1mol,则浓度变化为c=
n
V
=
0.1mol
2L
=0.05mol/L,则CO2的反应速率为
v(CO2)=
c
t
=
0.05mol/L
2s
=0.025mol/(L?s),所以υ(N2)=
1
2
v(CO2)=0.0125 mol/(L?s);
故答案为:<;K=
c2(CO2)?c(N2)
c2(NO)?c2(CO)
;0.0125 mol/(L?s);
②催化剂不改变平衡,只改变速率,所以若催化剂的表面积S2>S1,反应到达平衡的时间缩短,平衡不移动,其图象为:;

故答案为:;
③a、当逆反应速率与正反应速率相等时,属于平衡状态,此时速率保持不变,故a不选;
b、K只随温度的变化而变化,与是否达到平衡状态无关,故b不选;
c、当物质的物质的量不变即是平衡状态,故c选;
d、已知2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g),该反应的总物质的量减小,所以压强减小,当压强不变即是平衡状态,故d选;
故答案为:cd;
(2)已知:①CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955kJ?mol-1,
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ?mol-1,
③2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H=-112.97kJ?mol-1,
根据盖斯定律:2×①+2×③-②得到CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)则△=(-955kJ?mol-1)×2+(-112.97kJ?mol-1)×2-(-890.31kJ?mol-1)=-1245.63 kJ/mol;所以CH4(g)催化还原NO(g)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式:CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-1245.63 kJ/mol;
故答案为:CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-1245.63 kJ/mol.
点评:本题考查了平衡移动的判断,反应速率的计算,催化剂对平衡的影响,盖斯定律的应用等,侧重于反应原理的应用的考查,题目难度中等.
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