题目内容

6．汽车尾气中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃烧所产生的CO．为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2（g）+N2（g）△H=a kJ/mol．
为了测定在某种催化剂作用下该反应的反应速率，t1℃下，在一等容的密闭容器中，某科研机构用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度如下表（CO2和N2的起始浓度为0）．
时间/s012345
c（NO）/×10-4 mol•L-110.04.502.501.501.001.00
c（CO）/×10-3 mol•L-13.603.052.852.752.702.70
回答下列问题：
（1）在上述条件下该反应能自发进行，则正反应必然是放热反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）前3s内的平均反应速率v（N2）=1.42×10-4 mol•L-1•s-；t1℃时该反应的平衡常数K=5000．
（3）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时改变下列条件，能提高NO转化率的是CD．
A．选用更有效的催化剂
B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度
D．缩小容器的体积
（4）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．根据下表设计的实验测得混合气体中NO的浓度随时间t变化的趋势如图所示：
实验编号T/℃NO初始浓度/mol•L-1CO初始浓度/mol•L-1催化剂的比表面积/m2•g-1
①3501.20×10-35.80×10-3124
②2801.20×10-35.80×10-3124
③2801.20×10-35.80×10-382
则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的实验编号依次为③②①．
（5）已知：N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H1=+180.5kJ/mol
2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2=-221.0kJ/mol
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H3=-393.5kJ/mol
则处理汽车尾气反应中的a=-746.5．
（6）用活性炭还原法也可以处理氮氧化物，有关反应为：
C（s）+2NO（g）?N2（g）+CO2（g）△H4．
向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，在t2℃下反应，有关数据如下表：
NON2CO2
起始浓度/mol•L-10.1000
平衡浓度/mol•L-10.040.030.03
平衡后升高温度，再次达到平衡测得容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5：3：3，则△H4＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．

分析 （1）正反应气体物质的量减小，混乱度减小，故△S＜0，而△H-T△S＜0反应自发进行；
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（N2）；
4s时处于平衡状态，平衡时c（NO）=1×10-4 mol•L-1、c（CO）=2.7×10-3 mol•L-1，计算二氧化碳、氮气的平衡浓度，代入K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$计算平衡常数；
（3）A．选用更有效的催化剂，不影响平衡移动；
B．升高反应体系的温度，平衡向吸热反应移动；
C．降低反应体系的温度，平衡向放热反应移动；
D．缩小容器的体积，压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动；
（4）由图可知，曲线Ⅰ和曲线Ⅱ相比，平衡没有移动，反应速率Ⅱ比Ⅰ快，故曲线Ⅱ中催化剂比比表面积大于Ⅰ，而其它条件相同；而曲线Ⅲ和曲线Ⅱ相比，反应速率变快且平衡逆向移动，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动；
（5）已知：①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H1=+180.5kJ/mol
②2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2=-221.0kJ/mol
③C（s）+O2（g）=CO2（g）△H3=-393.5kJ/mol
根据盖斯定律，③×2-①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO2（g）+N2（g）；
（6）原平衡时容器中NO、N2、CO2的浓度之比为4：3：3，平衡后升高温度，再次达到平衡测得容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5：3：3，说明平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故正反应为放热反应．

解答 解：（1）正反应气体物质的量减小，混乱度减小，故△S＜0，而△H-T△S＜0反应自发进行，则△H＜0，正反应为放热反应，
故答案为：放热；
（2）前3s内v（NO）=（10×10-4 mol•L-1-1.5×10-4 mol•L-1）÷3s=$\frac{8.5}{3}$×10-4 mol•L-1•s-1，速率之比等于化学计量数之比，v（N2）=$\frac{1}{2}$v（NO）=1.42×10-4 mol•L-1•s-1；
4s时处于平衡状态，平衡时c（NO）=1×10-4 mol•L-1、c（CO）=2.7×10-3 mol•L-1，则△c（CO2）=△c（NO）=（10×10-4 mol•L-1-1×10-4 mol•L-1）=9×10-4 mol•L-1，△c（N2）=$\frac{1}{2}$△c（NO）=4.5×10-4 mol•L-1，故平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000，
故答案为：1.42×10-4 mol•L-1•s-4；5000；
（3）A．选用更有效的催化剂，不影响平衡移动，NO转化率不变，故A错误；
B．正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应移动，NO的转化率减小，故B错误；
C．正反应为放热反应，降低反应体系的温度，平衡正向移动，NO的转化率增大，故C正确；
D．缩小容器的体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，NO的转化率增大，故D正确，
故选：CD；
（4）由于②、③温度相同，催化剂对平衡移动无影响，化学平衡不移动，达到相同的平衡状态，但②的催化剂的比表面积较大，则反应的速率大，所以②先达到化学平衡；
由于①、②浓度、催化剂的比面积大相同，而①的温度较高，反应速率较快，先到达平衡，且平衡向逆反应移动，平衡时NO的浓度增大，
所以曲线Ⅰ对应实验③，曲线Ⅱ对应实验②，曲线Ⅲ对应实验①，
故答案为：③②①；
（5）已知：①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H1=+180.5kJ/mol
②2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2=-221.0kJ/mol
③C（s）+O2（g）=CO2（g）△H3=-393.5kJ/mol
根据盖斯定律，③×2-①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO2（g）+N2（g），则△H=2×（-393.5kJ/mol）-180.5kJ/mol-（-221.0kJ/mol）=-746.5kJ/mol，故a=-746.5，
故答案为：-746.5；
（6）原平衡时容器中NO、N2、CO2的浓度之比为4：3：3，平衡后升高温度，再次达到平衡测得容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5：3：3，说明平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故正反应为放热反应，则△H4＜0，
故答案为：＜．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数、平衡图象与反应热计算等，题目比较综合，侧重考查学生分析计算能力，需要学生具备扎实的基础，难度中等．

练习册系列答案
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（2）若在相同温度下，上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行，平衡常数不变（填“增大”“不变”或“减小”），当温度由T1变化到T2时，KA＞ KB（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）改变下列条件，能加快反应速率并提高H2转化率的是AB．
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18．下表为元素周期表中某一周期元素的原子结构示意图．
元素名称钠镁铝硅磷硫氯氩
元素符号NaMgAlSipSClAr
原子结构
示意图
请回答下列问题：
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