Question

11．随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NO_x、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）图1是在101kPa，298K条件下1mol NO₂和1molCO反应生成1mol CO₂和1mol NO过程中的能量变化示意图．
已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
请写出NO与CO反应生成无污染气体的热化学方程式：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-759.8KJ/mol
（2）将0.20mol NO₂和0.10mol CO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生反应，在不同条件下，反应过程中部分物质的浓度变化状况如图2所示．
①下列说法正确的是c（填序号）．
a．容器内的压强不发生变化说明该反应达到平衡
b．当向容器中再充入0.20mol NO时，平衡向正反应方向移动，K增大
c．升高温度后，K减小，NO₂的转化率减小
d．向该容器内充入He气，反应物的体积减小，浓度增大，所以反应速率增大
②计算产物NO在0～2min内平均反应速率v（NO）=0.015mol•L^-1•min^-1
③第4min时改变的反应条件为升温．
④计算反应在第6min时的平衡常数K=$\frac{1}{36}$．若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，平衡将逆向移动（填“正向”、“逆向”或“不”）．

Answer 1

分析 （1）由图1可得热化学方程式：①2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=2×[-（368-134）KJ/mol]=-468KJ/mol；
已知：②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
③2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
根据盖斯定律，（③+①-②）可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），焓变也进行相应的计算；
（2）①依据化学平衡移动原理，反应的特征分析判断选项中平衡影响因素和反应速率影响因素；
②依据图象数据分析计算；
③图象分析判断4min后反应物浓度增大，生成物浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，升温改变符合图象变化；
④依据图象读出平衡浓度，结合平衡常数概念计算平衡常数，再加入物质浓度，可以利用浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向．

解答 解：（1）由图1可得热化学方程式：①2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=2×[-（368-134）KJ/mol]=-468KJ/mol；
已知：②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
③2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
根据盖斯定律，（③+①-②）可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-112.3kJ/mol-468kJ/mol-112.3=-759.8KJ/mol，
故答案为：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-759.8KJ/mol；
（2）图象分析可知反应为：NO₂（g）+CO（g）?NO（g）+CO₂（g）
①a．反应前后气体体积不变，当容器内的压强不发生变化，不能说明该反应达到平衡，故a错误；
b．当向容器中加再充入0.20mol NO时，平衡向逆反应方向移动，K值不变，故b错误；
c．升高温度后，K值减小，说明平衡逆向进行，NO₂的转化率减小，故c正确；
d．向该容器内充入He气，总压增大，气体分压不变，所以反应反应速率不变，故d错误；
故选c；
②产物NO₂在0～2min时平均反应速率v（NO₂）=$\frac{0.2mol/L-0.17mol/L}{2min}$=0.015mol/L•min，
故答案为：0.015；
③图象分析可知4min后二氧化氮和一氧化碳浓度增大，一氧化氮和二氧化碳浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，符合图象变化；故答案为：升温；
④依据图象分析，6min时平衡状态下物质的浓度为c（NO₂）=0.18mol/L，c（CO）=0.08mol/L，c（NO）=0.02mol/L，c（CO₂）=0.02mol/L，反应的平衡常数依据平衡常数概念计算，NO₂（g）+CO（g）?NO（g）+CO₂（g），K=$\frac{0.02×0.02}{0.18×0.08}$=$\frac{1}{36}$；若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，浓度商计算Qc=$\frac{0.02×0.08}{0.18×0.10}$=$\frac{4}{45}$＞K，平衡逆向进行，
故答案为：$\frac{1}{36}$；逆向．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，化学平衡影响因素分析，平衡常数计算应用，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．