Question

19．已知在298K和101kPa条件下，有如下反应：
反应Ⅰ：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
反应Ⅱ：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
反应Ⅲ：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=+180.5kJ•mol^-1
试回答下列问题：
（1）汽车尾气净化原理为反应Ⅳ：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，该反应能自发进行的条件是低温．（填“高温”、“低温”或“任意温度”）．
（2）如果在一定温度下，体积为 2 升的密闭容器中发生化学反应Ⅳ，0～4min各物质物质的量的变化如下表所示：

物质（mol） 时间	NO	CO	N2	CO2
起始	0.40		1.0
2min 末		2.0	0.80	1.6
4min 末				1.6

①求 0～2min 内用 CO 来表示的平均反应速率 v（CO）=0.10mol•Lˉ¹•minˉ¹．
②试计算该温度下反应Ⅳ的化学平衡常数 K=1.6．
（3）若一定温度下，在容积可变的密闭容器中，上述反应Ⅳ达到平衡状态，此时容积为3L，c（N₂）随时间 t 的变化曲线 x 如图所示．
①若在 t₂min时改变一个条件，c（N₂）随反应时间 t 的变化如曲线 y 所示，则改变的条件是快速将容器体积由3L压缩到2L．
②若在t₂min时升高温度，t₃min时重新达到平衡，请在图中画出在 t₂～t₄内 c（N₂）的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）反应Ⅰ：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
反应Ⅱ：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
反应Ⅲ：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=+180.5kJ•mol^-1
盖斯定律计算反应Ⅰ×2-反应Ⅱ-反应Ⅲ得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，
故答案为：-746.5 kJ•mol^-1；
（2）①0～2min 内N₂物质的量变化=1.0mol-0.80mol=0.20mol，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算出v（N₂），然后根据 v（CO）=2v（N₂）计算出用CO表示的反应速率；
0～2min 内用 CO物质的量变化=1.0mol-0.80mol=0.20mol，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②利用三段式列式计算该反应的平衡常数；
（3）①t₂min时改变一个条件后，c（N₂）瞬间从3.5mol/L变为4.5mol/L，说明改变条件是将容器容积从3L迅速变为2L；
②升高温度后平衡向着逆向移动，氮气的浓度减小，之至t₃min时重新达到平衡，据此画出图象．

解答 解：（1）反应Ⅰ：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
反应Ⅱ：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
反应Ⅲ：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=+180.5kJ•mol^-1
盖斯定律计算反应Ⅰ×2-反应Ⅱ-反应Ⅲ得到
故答案为：-746.5 kJ•mol^-1；低温；
（2）①0～2min 内N₂物质的量变化为：1.0mol-0.80mol=0.20mol，用 CO 来表示的平均反应速率 v（CO）=2v（N₂）=$\frac{\frac{0.20mol}{2L}}{2min}$×2=0.10mol/（L•min），
故答案为：0.10mol•Lˉ¹•minˉ¹；
②根据标准数据可知，2min 末达到平衡状态
                        2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L）0.2            0.8            0.5           1.0
变化量（mol/L）0.2            0.2            0.1           0.2
平衡量（mol/L）0.4            1.0            0.4           0.8
该温度下反应Ⅳ的化学平衡常数K=$\frac{0．{8}^{2}×0.4}{1．{0}^{2}×0．{4}^{2}}$=1.6，
故答案为：1.6；
（3）①根据图象可知，t₂min时条件后，c（N₂）瞬间从3.5mol/L变为4.5mol/L，说明改变条件压缩容器容积，即将容器容积从3L迅速变为2L，
故答案为：快速将容器体积由3L压缩到2L；
②该反应为放热反应，升高温度后平衡向着逆向移动，则 c（N₂）开始减小，之至t₃min时重新达到平衡，c（N₂）不再变化，据此画出t₂～t₄内 c（N₂）的变化曲线为：，
故答案为：．

点评 本题考查物质的量或浓度随时间变化的曲线、反应热与焓变等知识，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡计算中的应用，试题培养了学生的分析、理解能力及综合应用能力．