Question

【题目】汽车发动机工作时会产生包括CO、NOx等多种污染气体，涉及到如下反应:

①N2(g)+O2(g)2NO(g)

②2NO(g)+O2(g)2NO2(g)

③NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)

弄清上述反应的相关机理，对保护大气环境意义重大，回答下列问题:

(1)请根据下表数据填空：N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H=________。

物质	N2	O2	NO
能量(kJ)	946	497	811.25

(断开1mol物质中化学键所需要的能量)

(2)实验测得反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H<0的即时反应速率满足以下关系式：

v正=k正·c2(NO)·c(O2)；v逆=k逆·c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响

①温度为T1时，在1L的恒容密闭容器中，投入0.6 molNO和0.3 molO2达到平衡时O2为0.2 mol；温度为T2时，该反应存在k正=k逆，则T1_______ T2 (填“大于”、“小于”或“等于”)。

②研究发现该反应按如下步骤进行：

第一步：NO+NON2O2 快速平衡 第二步：N2O2 +O22NO2 慢反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v1正=k1正×c2(NO)；v1逆=k1逆×c(N2O2)

下列叙述正确的是______

A.同一温度下，平衡时第一步反应的越大反应正向程度越大

B.第二步反应速率低，因而转化率也低

C.第二步的活化能比第一步的活化能低

D.整个反应的速率由第二步反应速率决定

(3)科学家研究出了一种高效催化剂，可以将CO和NO2两者转化为无污染气体，反应方程式为：2NO2(g)+4CO(g) =4CO2(g)+N2(g) △H<0

某温度下，向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2 molCO，发生上述反应，随着反应的进行，容器内的压强变化如下表所示：

时间/min	0	2	4	6	8	10	12
压强/kPa	75	73.4	71.95	70.7	69.7	68.75	68.75

回答下列问题：

①在此温度下，反应的平衡常数Kp=_________kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果精确到小数点后2位)；若保持温度不变，再将CO、CO2气体浓度分别增加一倍，则平衡_____(填“右移”或“左移”或“不移动”)；

②若将温度降低，再次平衡后，与原平衡相比体系压强(p总)如何变化？_______(填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是__________。

Answer 1

【答案】-179.5kJ/mol 小于 AD 0.04 不移动 减小 若温度降低，体积不变，根据阿伏伽德罗定律，总压强减小；同时，降低温度，由于反应放热，所以平衡朝正方向移动，容器内分子数减少，总压强也减小

【解析】

(1)根据反应物的总键能与生成物的总键能的差等于反应热可得相应反应的焓变；

(2)①计算温度分别为T1、T2时的化学平衡常数，然后利用温度与平衡常数的关系判断温度大小；

②根据化学平衡常数与速率常数的关系判断；活化能大的反应速率慢，活化能低的反应，反应快；整个反应由进行慢的化学反应决定整个化学反应速率；物质转化程度与转化速率无关；

(3)①在恒容密闭容器内进行的化学反应，根据浓度比等于物质的量的比计算；根据改变物质的浓度后Qc与K的大小分析平衡移动的方向；

②降低温度，分子运动速率减小，同时化学平衡向放热反应方向移动，结合方程式中温度、气体分子数多少变化关系分析判断。

(1)计算出①N2(g)+O2(g)=2NO(g)的△H=E(反应物键能)-E(生成物键能)=(946+497-811.25×2)kJ/mol=-179.5kJ/mol；

(2)①温度为T1时：2NO(g)+O2(g2NO2(g)

开始(mol/L) 0.6 0.3 0

转化(mol/L) 0.2 0.1 0.2

平衡(mol/L) 0.4 0.2 0.2

则温度为T1时，平衡常数K1==1.25，由于平衡时v正=v逆，不难推出平衡常数等于速率常数之比，即:K1==1.25；温度为T2时，该反应存在K2==1，K2<K1，由于反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，所以T1<T2；

②A.由①分析可知，当第一步反应达平衡状态时，V1正=V1逆，由于速率常数之比实际上就是平衡常数，平衡常数越大，反应正向进行的程度越大，A正确；

B.反应速率快慢与转化率之间无因果关系，B错误；

C.相同温度下，第一步反应快速达到平衡，第二步是慢反应，所以第二步活化能比第一步高，C错误；

D.整个反应的化学反应速率由第二步慢反应决定，D正确；

故合理选项是AD；

(3)①向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO，反应10min达到平衡，体系内压强由75kPa减少到68.75kPa,则反应中各物质的浓度变化为

2NO2(g)+4CO(g) =4CO2(g)+N2(g) △H<0

开始(mol/L) 0.01 0.02 0 0

转化(mol/L)2x 4x 4x x

平衡(mol/L) 0.01-2x 0.02-4x 4x x

根据，，解得x=0.0025mol/L；根据公式Kp=，p(A)=p(总)×，可得Kp=0.04Kpa-1；

若平衡后再将CO、CO2的浓度增加一倍，由于方程式中两种物质的系数相同，所以Qc=K，因此化学平衡不发生移动；

②降低温度，分子运动速率减慢，对容器的碰撞次数减小，压强降低；同时该反应的正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，导致体系内气体分子数减小，所以总压强也会减小。