Question

氮氧化合物是目前造成大气污染的主要气体，而汽车尾气中就含有NO 等多种污染气体。汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致。请结合所学知识回答下列问题：

(1) 已知：N₂(g)+2O₂(g)2NO₂(g)  △H₁=+67.8 kJ/mol

2NO₂(g)O₂(g)+2NO(g) △H₂=+116.2 kJ/mol

则N₂(g)+O₂(g)2NO(g)  △H=_________kJ/mol；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO 的排放量越大，分析其原因为_____________

(2) 若反应N₂(g)+O₂(g)2NO(g)是在恒容条件下进行，下列能说明该反应已达到平衡状态的是________

a．2υ_正(N₂)= υ_逆(NO)                       b．混合气体密度不变

c．生成1molO₂的同时生成2molNO              d．混合气体平均相对分子质量不变

(3) 汽车尾气净化反应：2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)  △H= -746.5 kJ/mol，若将0.20molNO和0.10molCO充入一个容积恒定为1L 的密闭容器中，在不同条件下，反应过程中部分物质的浓度变化状况如图所示：

①该反应能自发进行的条件为_____ (填“高温”、“低温”或“任意温度”)；

②在6~9 min 内，以CO 表示的平均反应速率 υ(CO)=________mol·L^-l·min^-1；

③第12min时改变的反应条件为_________  (填“升高温度”或“降低温度”)；

④反应在第24min时的平衡常数K=____________(只列出计算式，无需计算结果)，若保持温度不变，再向容器中充入CO、N₂ 各0.060mol，平衡将_________移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。

Answer

+184.0 温度升高，反应速率加快；且温度升高有利于平衡正向移动 ac 低温 0.0067 升高温度 逆向

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用、化学平衡的标志、化学平衡图像的分析、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响、化学反应速率和化学平衡常数的计算、化学反应自发性的判断。

（1）对反应编号，N2（g）+2O2（g）2NO2（g） △H1=+67.8 kJ/mol（①式）

2NO2（g）O2（g）+2NO（g） △H2=+116.2 kJ/mol（②式）

应用盖斯定律，将①式+②式得，N2（g）+O2（g）2NO（g）  △H=ΔH1+ΔH2=（+67.8kJ/mol）+（+116.2kJ/mol）=+184.0kJ/mol。汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO 的排放量越大，其原因是：温度升高，反应速率加快；且温度升高有利于平衡正向移动。

（2）a项，2υ正（N2）=υ逆（NO）表示正、逆反应速率相等，能说明反应已达到平衡状态；b项，根据质量守恒定律，混合气体的总质量始终不变，在恒容容器中，混合气体的密度始终不变，混合气体的密度不变不能说明反应已达到平衡状态；c项，生成1molO2一定消耗2molNO，生成1molO2的同时生成2molNO，说明各物质的浓度保持不变，能说明反应已达到平衡状态；d项，根据质量守恒定律，混合气体的总质量始终不变，该反应反应前后气体分子数不变，建立平衡过程中气体分子总物质的量始终不变，混合气体平均相对分子质量始终不变，混合气体平均相对分子质量不变不能说明反应已达到平衡状态；能说明反应已达到平衡状态的是ac，答案选ac。

（3）①反应2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）的ΔH=-746.5kJ/mol0、ΔS0，该反应能自发进行时ΔG=ΔH-TΔS0，可见该反应自发进行的条件为低温。

②根据图像6~9min内，υ（CO）==0.0067mol/（L·min）。

③根据图像，第12min时改变条件，达到新平衡时N2浓度减小，NO、CO的浓度增大，改变条件平衡向逆反应方向移动，由于该反应的正反应为放热反应，所以改变的条件为升高温度。

④根据图像，结合三段式

2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）

c（起始）（mol/L） 0.2 0.1 0 0

c（转化）（mol/L） 0.02 0.02 0.01 0.02

c（24min）（mol/L） 0.18 0.08 0.01 0.02

24min时反应达到平衡状态，反应的平衡常数K===0.01929。若保持温度不变，再向容器中充入CO、N2各0.060mol，此时NO、CO、N2、CO2物质的量浓度依次为0.18mol/L、0.14mol/L、0.07mol/L、0.02mol/L，此时的浓度商Qc==0.0440.01929，平衡将逆向移动。