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变化如右图所示。根据图像判断反应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2．5molO₂,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右图所示
。
写出上述变化中的总化学反应方程式：________________________________________。
（4）用催化还原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

（14分）（1）吸热（2分）；增大（1分）；向右（1分）
（2）0．25mol/(L·min)（2分）；（2分）；（2分）
（3）2NO＋O₂＋4CO4CO₂＋N₂（2分）
（4）CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－867kJ/mol（2分）

试题分析：（1）根据图象判断，T₂曲线先到达平衡，因此反应速率大，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；正方应吸热，因此随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，即向右移动，所以该反应的平衡常数K增大。
（2）              N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)
起始浓度（mol/L）  5     2．5      0
转化浓度（mol/L）  0．5   0．5      1
平衡浓度（mol/L）  4．5   2．0      1
所以2min内氧气的平均反应速率为0．5mol/L÷2min＝0．25mol/(L·min)
该温度下，反应的平衡常数K＝＝＝
若开始时向上述容器中加入的N₂与O₂均为1mol，则
N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)
起始浓度（mol/L）  1       1     0
转化浓度（mol/L）  x       x     2x
平衡浓度（mol/L） 1－x    1－x   2x
所以根据K＝＝可知
＝
解得x＝
所以N₂的平衡浓度为mol/L
（3）NO₂为中间产物，反应物为NO、O₂、CO，产物为CO₂、N₂，所以反应的化学方程式为2NO＋O₂＋4CO4CO₂＋N₂。
（4）根据反应①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－574kJ/mol和反应②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160kJ/mol并依据盖斯定律可知，（①＋②）÷2即得到反应CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)，所以该反应的反应热△H＝（－574kJ/mol－1160kJ/mol）÷2＝－867kJ/mol。