Question

汽车内燃机工作时产生的电火花和高温会引起反应：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g），导致汽车尾气中的NO和NO₂对大气造成污染．

（1）在不同温度（T₁，T₂）下，一定量的NO分解产生N₂和O₂的过程中N₂的体积分数随时间t变化如图1所示．根据图象判断反应N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）为

 

反应（填“吸热”或“放热”），随着温度的升高，该反应的平衡常数K

 

（填“增大”“减小”或“不变”，平衡向

 

移动（填“向左”“向右”或“不”）．
（2）某温度时，向容积为1L的密闭容器中充入5mol N₂与2.5mol O₂，发生N2（g）+O₂（g）═2NO（g）反应，2min后达到平衡状态，NO的物质的量为1mol，则2min内氧气的平均反应速率为

 

，该温度下，反应的平衡常数K=

 

．该温度下，若开始时向上述容器中加入的N₂与O₂均为1mol，则N₂的平衡浓度为

 

mol/L．
（3）为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染，给汽车安装尾气净化装置．净化装置里装有含Pd等过渡元素的催化剂，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如图2所示．写出上述变化中的总化学反应方程式：

 

．
（4）用CH₄催化还原NO₂的方法也可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
写出CH₄还原NO₂至N₂的热化学方程式

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,反应速率的定量表示方法

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,化学反应速率专题

分析：（1）根据图2判断的T₁、T₂大小，再根据平衡时氮气的体积分数判断温度对平衡的影响；
（2）利用v=

△c

t

进行计算；
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；
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；
（3）判断出反应物、产物，配平写出方程式；
（4）结合2个反应，利用盖斯定律进行计算．

解答： 解：（1）根据图2判断，T₂曲线先到达平衡，反应速率大，温度较高，而温度升高，氮气的体积分数减小，说明升高温度平衡向正反应移动，升高温度向吸热方向进行，故正反应为吸热反应；
升高温度平衡向正反应移动，故平衡常数K值增大，
故答案为：吸热，增大，向右；
（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）：5      2.5       0
反应（mol）：0.5    0.5       1
平衡（mol）：4.5     2        1
故v（O₂）=

1mol 1L

2min

=0.25mol/（L?min）；
所以平衡常数k=

[c(NO)]2

c(N2)?c(O2)

=

1×1

4.5×2

=

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

( 2x 2 )2

1-x 2 × 1-x 2

=

1

9

，解得x=

1

7

，
故N₂的平衡浓度为1-

1

7

=

6

7

mol/L，
故答案为：0.25mol/（L?min），

1

9

，

6

7

；
（3）NO₂为中间产物，反应物为NO、O₂、CO，产物为CO₂、N₂，反应方程式为：2NO+O₂+4CO

催化剂  .

CO₂+N₂，
故答案为：2NO+O₂+4CO

催化剂  .

CO₂+N₂；
（4）CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol①
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol②，
由

1

2

（①+②）得到：反应CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=

1

2

×[（-574）+（-1160）]=-867kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．

点评：本题考查化学平衡计算、平衡移动、盖斯定律，难度中等．要注意利用三段式解题．