Question

【題目】汽車尾氣是城市主要空氣污染物，汽車內(nèi)燃機工作時發(fā)生反應(yīng)：N2(g) + O2(g)2NO(g)，是導(dǎo)致汽車尾氣中含有NO的原因之一。

（1）已知H2或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的。N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △H= +180.5 kJ·mol-1,2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H=－571.6 kJ·mol-1,則H2(g)與NO(g)反應(yīng)生成N2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式是_________________________,判斷該反應(yīng)自發(fā)進行的條件：_______________（填“高溫自發(fā)”或“低溫自發(fā)”）。

（2）當(dāng)質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。下圖表示在其他條件不變時，反應(yīng)：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g) + N2(g)中NO的濃度[c(NO)]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線。

①則該反應(yīng)的△H___0（填“＞”或“＜”）。

②若催化劑的表面積S1＞S2 ，在該圖中畫出c(NO)在T1、S2條件下達到平衡過程中的變化曲線___。

（3）某小組往一恒溫恒壓容器充入9mol N2和23mol H2模擬合成氨反應(yīng)，圖C為不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與總壓強（p）的關(guān)系圖．若體系在T2、60MPa下達到平衡．

①能判斷N2（g）+3H2（g）2NH3（g）達到平衡的是___（填序號）．

a．容器內(nèi)壓強不再發(fā)生變化 b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化

c．v正（N2）=3v逆（H2） d．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化

②此時N2的平衡分壓為_________MPa．（分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。計算出此時的平衡常數(shù)Kp=__________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】2H2(g) + 2NO(g) = N2(g) + 2H2O(l) △H=－752.1 kJ·mol-1 低溫自發(fā) ＜ bd 9 0.043

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進行相應(yīng)的計算；根據(jù)自發(fā)反應(yīng)進行的判斷公式判斷；

（2）①根據(jù)到達平衡的時間，判斷溫度高低，再根據(jù)不同溫度下到達平衡時NO的濃度高低，判斷溫度對平衡的影響，據(jù)此判斷反應(yīng)熱效應(yīng)；

②催化劑的表面積S1＞S2，則催化劑S1到達平衡的時間比催化劑S2短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，據(jù)此作圖；

（3）①可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；

②利用三段法“開始 變化 平衡”列出各組分?jǐn)?shù)據(jù)，先計算各組分平衡分壓，再計算平衡常數(shù)Kp。

（1）已知：①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，②2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-571.6 kJmol-1，依據(jù)蓋斯定律可知②-①得：2H2（g）+2NO（g）=N2（g）+2H2O（l）△H，△H=（-571.6kJ/mol）-180.5kJ/mol═-752.1kJ/mol；由于正反應(yīng)放熱（△H＜0），且正反應(yīng)方向氣體體積減小，為熵減小的方向，即△S＜0，△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進行，所以T較小才可以，即低溫下自發(fā)，故答案為：2H2（g）+2NO（g）=N2（g）+2H2O（l）△H=-752.1kJ/mol；低溫自發(fā)；

（2）①溫度T2到達平衡的時間短，反應(yīng)速率快，故溫度T2＞T1，溫度越高，平衡時NO的濃度越高，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；

②催化劑的表面積S1＞S2，則催化劑S1到達平衡的時間比催化劑S2短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，故c（NO）在T1、S2條件下達到平衡過程中的變化曲線為，故答案為：；

（3）①a．該反應(yīng)是恒壓，所以無論反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)壓強都不變，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故a錯誤；

b．反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變但容器體積改變，所以混合氣體的密度改變，當(dāng)混合氣體密度不變時該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b正確；

c．3v正（N2）=v逆（H2）時該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，當(dāng)v正（N2）=3v逆（H2）時該反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；

d．反應(yīng)前后混合氣體質(zhì)量不變，但氣體總物質(zhì)的量減小，所以混合氣體相對分子質(zhì)量增加，當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d正確；故選bd；

②若體系在T2、60MPa下達到平衡，相同溫度下，氣體的體積分?jǐn)?shù)等于其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，設(shè)平衡時n（NH3）=xmol，
N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

開始（mol） 9 23 0

反應(yīng)（mol） 0.5x 1.5x x

平衡（mol） 9-0.5x 23-1.5x x

平衡時氨氣體積分?jǐn)?shù)=x/(32-x)=0.6,解得x=12，則N2的平衡分壓為×60MPa=9 MPa，氨氣的分壓=60%×60MPa=36MPa，氫氣分壓=60MPa-9MPa-36MPa=15MPa，此時的平衡常數(shù)Kp=（36MPa）2/9 MPa×(15MPa)3=0.043（MPa）-2，故答案為：9；0.043（MPa）-2。