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【题目】已知在298K和101kPa条件下,有如下反应:

反应Ⅰ:C(s) + O2(g) = CO2(g) △ H1=-393.5 kJ·mol-1

反应Ⅱ:2C(s) + O2(g) = 2CO(g) △ H2=-221 kJ·mol-1

反应Ⅲ:N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △ H3=+180.5 kJ·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=______,该反应能自发进行的条件是_______。(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

2 min 末

2.0

0.80

1.6

4 min 末

1.6

①求 0~2min 内用 CO 来表示的平均反应速率 v(CO)=________

②试计算该温度下反应Ⅳ 的化学平衡常数 K=_________

(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______

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______

【答案】-746.5 kJ·mol-1低温0.10 mol·Lˉ1·minˉ11.6快速将容器体积由3L压缩到2L【答题空6】起点、拐点时间及趋势正确均给分

【解析】

已知在298K和101kPa条件下,有如下反应:

反应:C(s) + O2(g) = CO2(g) H1=-393.5 kJ·mol1

反应:2C(s) + O2(g) = 2CO(g) H2=-221 kJ·mol1

反应:N2(g) + O2(g) = 2NO(g) H3=+180.5 kJ·mol1

试回答下列问题:

(1)根据盖斯定律可知反应由(反应×2-反应-反应)得到,则H=(-393.5 kJ·mol1)×2-(-221 kJ·mol1)-(+180.5 kJ·mol1)= -746.5 kJ·mol1;由G=H-TS<0,其中H<0、S<0,可知该反应在低温下能自发进行;

(2)求 0~2min 内N2的变化物质量为:1.0 mol-0.80 mol=0.2mol,则CO的变化物质的量为0.4mol,用 CO 来表示的平均反应速率 v(CO)=0.4mol÷2 L÷2 min=0.10 mol·Lˉ1·minˉ1

2min~4min 时CO2的物质的量没有发生变化,可知2min时反应达到平衡,此时: 2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)

起始物质的量(mol) 0.4 1.0 0

变化物质的量(mol) 0.4 0.4 0.2

平衡物质的量(mol) 0.8 2.0 0.8 1.6

平衡浓度为(mol/L) 0.4 1.0 0.4 0.8

该温度下反应 的化学平衡常数 K=(0.4×0.82)÷(0.42×1.02)=1.6;

(3)由图示可知c(N2)的浓度瞬间增大为原来的1.5倍,可通过快速将容器体积由3L压缩到2L即可;

t2min时升高温度平衡逆向移动,c(N2)的浓度会减小,重新形成新的平衡状态,所得曲线如图所示:

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④A、B、C的压强不再变化

⑤混合气体的总压强不再变化

⑥混合气体的物质的量不再变化

⑦A、C的物质的量之比不再变化

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A.②⑧ B.①⑥ C.②④ D.③⑧

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