Question

17．研究NO_X和CO等的处理方法对环境保护有重要意义．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO （g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H₂=-221.0kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂，其反应为
2NO+2CO?2CO₂+N₂．
①该反应的△H=-746.5kJ/mol；该反应在低温（填“高温”、“低温”或“任何温度”）下能自发进行．
②如图表示NO的平衡转化率（α）随温度、压强变化的示意图，X代表的物理量是温度，Y₁＜Y₂（填“＞”或“＜”）．
③一定温度下，在2L的恒容密闭容器中冲入5molCO（g）和4molNO（g）发生上述反应，平衡时NO的体积分数为25%，该温度下此反应的平衡常数K=0.22L/mol（保留2位有效数字）．
（2）NH₃催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染，如4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H＜0；相同条件下在2L的恒容密闭容器中，选用不同催化剂，反应生成N₂的量随时间变化如图所示．
①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率v（NH₃）=0.25mol/（L•min）．
②下列说法正确的是C、D．
A．该反应的活化能大小顺序是：Ea（A）＞Ea（B）＞Ea（C）
B．使用催化剂A达到平衡时，N₂最终产率更大
C．单位时间内H-O键与N-O键断裂的数目相等时，则反应达到平衡
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，则反应达到平衡
（3）用氨水可配制银氨溶液，银氨溶液存在平衡：Ag⁺（aq）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺（aq）K=1.00×10^-7（25℃），AgCl难溶于水[25℃时，K_sp（AgCl）=2.5×10^-10]，但能溶于氨水，反应为AgCl （s）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq），则1L2mol•L^-1氨水中最多可以溶解AgCl的物质的量为0.091mol（保留2位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）①反应为2NO+2CO?2CO₂+N₂，该反应可由③-①得到，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=△H₃-△H₁=-746.5kJ/mol，该反应为气体数减少的反应，因此反应的△S＜0，反应的△H＜0，可见反应在低温下自发；
②反应为气体分子数减少的反应，增大压强，有利于反应正向进行，结合反应的焓变分析温度变化对化学平衡的影响；
③2L的恒容密闭容器中冲入5molCO（g）和4molNO（g）发生反应：2NO+2CO?2CO₂+N₂，平衡时NO的体积分数为25%，结合方程式计算平衡时体系中各组分的浓度，代入化学平衡常数表达式计算；
（2）①0～4分钟在A催化剂作用下，根据图象，N₂的浓度变化为△n（N₂）=2.5mol，容器体积为V=2L，时间为△t=4min，根据化学反应平均速率公式$\overline{r}$（N₂）=$\frac{△n（{N}_{2}）}{V△t}$计算N₂的化学反应平均速率，由化学反应速率之比等于化学计量数之比计算NH₃的平均速率；
②A．催化剂的作用是降低反应的活化能，加快反应速率，但不改变化学平衡；
B．催化剂不改变化学平衡；
C．单位时间内消耗某物质与生成某物质的速率相等，可判断化学反应达到平衡；
D．在恒容绝热的密闭容器中发生反应，容器内温度会发生改变，化学平衡常数只随温度改变；
（3）根据多重平衡规则，根据平衡常数和AgCl的溶度积常数计算．

解答 解：（1）①反应为2NO+2CO?2CO₂+N₂，该反应可由③-①得到，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=△H₃-△H₁=-746.5kJ/mol，
该反应为气体数减少的反应，因此反应的△S＜0，反应的△H＜0，可见反应在低温下自发，
故答案为：-746.5kJ/mol；低温；
②反应为气体分子数减少的反应，增大压强，有利于反应正向进行，反应焓变△H＜0，正反应放热，降低温度有利于反应正向进行，当反应逆向进行时，NO转化率降低，则可采取的措施有升高温度或降低压强，因此条件为温度，则Y表示压强，控制温度相同时，压强越大，NO转化率越高，则Y₁＜Y₂，
故答案为：温度；＜；
③2L的恒容密闭容器中冲入5molCO（g）和4molNO（g）发生反应：2NO+2CO?2CO₂+N₂，平衡时NO的体积分数为25%，2NO+2CO?2CO₂+N₂，
 起始浓度（mol/L）     2       2.5     0      0
 转化浓度（mol/L）-2x-2x+2x    x
 平衡浓度（mol/L）     2-2x   2.5-2x+2x    x
则$\frac{2-2x}{2.5-2x+2-2x+2x+x}=25%$，解得x=0.5，则平衡时，c（NO）=1mol/L，c（CO）=1.5mol/L，c（CO₂）=1mol/L，c（N₂）=0.5mol/L，所以该温度下此反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（1mol/L）^{2}×（0.5mol/L）}{（1.5mol/L）^{2}×（1mol/L）^{2}}$=0.22L/mol，
故答案为：0.22L/mol；
（2）①0～4分钟在A催化剂作用下，根据图象，N₂的浓度变化为△n（N₂）=2.5mol，容器体积为V=2L，时间为△t=4min，根据化学反应平均速率公式$\overline{r}$（N₂）=$\frac{△n（{N}_{2}）}{V△t}$，则$\overline{r}（{N}_{2}）=\frac{2.5mol}{2L×4min}$=$\frac{5}{16}$mol/（L•min），由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则反应速率v（NH₃）=$\frac{4}{5}×\frac{5}{16}$=0.25mol/（L•min），
故答案为：0.25mol/（L•min）；
②A．催化剂的作用是降低反应的活化能，加快反应速率，但不改变化学平衡，根据图象，相同时间段内，A生成最多，则A的活化能最低，故A错误；
B．催化剂不改变化学平衡，因此三者达到平衡时N₂最终产率一样大，故B错误；
C．单位时间内消耗某物质与生成某物质的速率相等，可判断化学反应达到平衡，单位时间内H-O键与N-O键断裂的数目相等时，即每生成1molH₂O时，同时生成1molNO，化学反应达到平衡，故C正确；
D．在恒容绝热的密闭容器中发生反应，容器内温度会发生改变，化学平衡常数只随温度改变，当K值不变时，则反应达到平衡，故D正确，
故答案为：C、D；
（3）根据多重平衡规则，反应AgCl （s）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化学平衡常数为K₀=$\frac{c（C{l}^{-}）c[Ag（N{H}_{3}）_{2}^{+}]}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=K_sp（AgCl）•K=2.5×10^-3，设最多溶解xmolAgCl，根据反应方程式，平衡时c（Cl^-）=xmol/L，c（NH₃）=（2-2x）mol/L，c[Ag（NH₃）₂⁺]=xmol/L，则有$\frac{{x}^{2}}{（2-2x）^{2}}$=K₀，可得x=0.091mol/L，则1L溶液中最多溶解AgCl为0.091mol，
故答案为：0.091mol．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含焓变与熵变，化学平衡的移动，化学平衡常数的计算，化学反应速率的计算，溶度积常数的计算，重在考查分析问题的能力和计算能力，为综合题型，题目难度中等，均为高频考点．