Question

【題目】（Ⅰ）汽車尾氣是城市主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣成為保護環(huán)境的重要任務(wù)。

（1）汽車內(nèi)燃機工作時發(fā)生反應(yīng)：N2(g) + O2(g)2NO(g)，是導(dǎo)致汽車尾氣中含有NO的原因之一。T ℃時，向一體積固定的密閉容器中充入6.5mol N2和7.5mol O2，在5 min時反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，測得此時容器中NO的物質(zhì)的量為5mol。

①反應(yīng)開始至達到平衡的過程中，容器中下列各項發(fā)生變化的是___（填序號）。

a.混合氣體的密度 b.混合氣體的壓強

c.正反應(yīng)速率 d.單位時間內(nèi)，N2和NO的消耗量之比

②假設(shè)容器體積為5L，則5min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率υ(NO) =___；

（2）H2或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的。

①已知：N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △H= +180.5 kJ·mol-1

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H=－571.6 kJ·mol-1

則H2(g)與NO(g)反應(yīng)生成N2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式是___；判斷該反應(yīng)自發(fā)進行的條件：___。

②當質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。下圖表示在其他條件不變時，反應(yīng)：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g) + N2(g)中NO的濃度[c(NO)]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線。則該反應(yīng)的△H___0（填“＞”或“＜”）。若催化劑的表面積S1＞S2 ，在該圖中畫出c(NO)在T1、 S2條件下達到平衡過程中的變化曲線___。

（3）某小組往一恒溫恒壓容器充入9mol N2和23mol H2模擬合成氨反應(yīng)，圖C為不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與總壓強（p）的關(guān)系圖．若體系在T2、60MPa下達到平衡．

①能判斷N2（g）+3H2（g）2NH3（g）達到平衡的是___（填序號）．

a．容器內(nèi)壓強不再發(fā)生變化 b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化

c．v正（N2）=3v逆（H2） d．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化

②此時N2的平衡分壓為__MPa．（分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）。計算出此時的平衡常數(shù)Kp=___（用平衡分壓代替平衡濃度計算，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】 c d 0.2 mol·L-1·min-1 2H2(g) + 2NO(g) = N2(g) + 2H2O(l)　△H=－752.1 kJ·mol-1 低溫自發(fā) ＜ bd 9 0.043

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判斷，化學(xué)反應(yīng)速率的計算，化學(xué)平衡圖像的分析和作圖，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，化學(xué)平衡和化學(xué)平衡常數(shù)的計算。

（I）（1）①a項，該反應(yīng)中所有物質(zhì)全是氣體，氣體的總質(zhì)量始終不變，容器的體積固定，混合氣體的密度始終不變；b項，該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，從反應(yīng)開始至達到平衡的過程中，氣體物質(zhì)的量始終不變，在體積固定的容器中混合氣體的壓強始終不變；c項，正反應(yīng)速率隨著時間的推移減小，平衡時保持不變；d項，隨著時間的推移單位時間內(nèi)N2的消耗量減小，隨著時間的推移單位時間內(nèi)NO的消耗量增大，隨著時間的推移單位時間內(nèi)N2和NO的消耗量之比減��；反應(yīng)開始至達到平衡的過程中，容器中各項發(fā)生變化的是cd，答案選cd。

②根據(jù)題意，υ（NO）==0.2mol/（L·min）。

（2）①將兩個反應(yīng)編號，N2(g) + O2(g) = 2NO(g)　　　△H= +180.5 kJ·mol-1（①式）

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)　 　△H=－571.6 kJ·mol-1（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，②式-①式得，2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=（-571.6kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-752.1kJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=-752.1kJ/mol。該反應(yīng)的ΔH0，ΔS0，要使ΔG=ΔH-TΔS0，該反應(yīng)在低溫下自發(fā)進行。

②由圖可見，T2、S1比T1、S1先出現(xiàn)拐點，T2、S1達到平衡的時間小于T1、S1達到平衡的時間，則T2T1；T2、S1平衡時c（NO）大于T1、S1平衡時c（NO），溫度升高NO濃度增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH0。根據(jù)題意：當質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，若催化劑的表面積S1＞S2，則T1、S2達到平衡的時間大于T1、S1；催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，T1、S2達到平衡時c（NO）與T1、S1平衡時相等；圖像為。

（3）①a項，在恒壓容器中容器內(nèi)的壓強始終不變，容器內(nèi)壓強不再發(fā)生變化不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；b項，混合氣體的總質(zhì)量始終不變，該氣體的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，建立平衡的過程中混合氣體的物質(zhì)的量減小，恒溫恒壓容器中混合氣體的體積減小，混合氣體的密度增大，平衡時混合氣體的體積不再變化，混合氣體的密度不再變化，混合氣體的密度不再發(fā)生變化表明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；c項，達到平衡時3υ正（N2）=υ逆（H2），υ正（N2）=3υ逆（H2）反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)；d項，混合氣體的總質(zhì)量始終不變，該氣體的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，建立平衡的過程中混合氣體的物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，平衡時混合氣體的物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化表明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是bd，答案選bd。

②用三段式，設(shè)開始到平衡轉(zhuǎn)化N2物質(zhì)的量為xmol

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

n（起始）（mol） 9 23 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） x 3x 2x

n（平衡）（mol） 9-x 23-3x 2x

則100%=60%，解得x=6，則平衡時N2、H2、NH3物質(zhì)的量依次為3mol、5mol、12mol，N2、H2、NH3物質(zhì)的量分數(shù)依次為15%、25%、60%，則N2的平衡分壓為60MPa15%=9MPa。H2、NH3的平衡分壓依次為15MPa、36MPa，平衡常數(shù)Kp=362（9153）=0.043。