Question

【題目】汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會產(chǎn)生包括CO、NOx等多種污染氣體，涉及到如下反應(yīng):

①N2(g)+O2(g)2NO(g)

②2NO(g)+O2(g)2NO2(g)

③NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)

弄清上述反應(yīng)的相關(guān)機(jī)理，對保護(hù)大氣環(huán)境意義重大，回答下列問題:

(1)請根據(jù)下表數(shù)據(jù)填空：N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H=________。

物質(zhì)	N2	O2	NO
能量(kJ)	946	497	811.25

(斷開1mol物質(zhì)中化學(xué)鍵所需要的能量)

(2)實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H<0的即時(shí)反應(yīng)速率滿足以下關(guān)系式：

v正=k正·c2(NO)·c(O2)；v逆=k逆·c2(NO2)，k正、k逆為速率常數(shù)，受溫度影響

①溫度為T1時(shí)，在1L的恒容密閉容器中，投入0.6 molNO和0.3 molO2達(dá)到平衡時(shí)O2為0.2 mol；溫度為T2時(shí)，該反應(yīng)存在k正=k逆，則T1_______ T2 (填“大于”、“小于”或“等于”)。

②研究發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：

第一步：NO+NON2O2 快速平衡 第二步：N2O2 +O22NO2 慢反應(yīng)

其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡，第一步反應(yīng)中：v1正=k1正×c2(NO)；v1逆=k1逆×c(N2O2)

下列敘述正確的是______

A.同一溫度下，平衡時(shí)第一步反應(yīng)的越大反應(yīng)正向程度越大

B.第二步反應(yīng)速率低，因而轉(zhuǎn)化率也低

C.第二步的活化能比第一步的活化能低

D.整個(gè)反應(yīng)的速率由第二步反應(yīng)速率決定

(3)科學(xué)家研究出了一種高效催化劑，可以將CO和NO2兩者轉(zhuǎn)化為無污染氣體，反應(yīng)方程式為：2NO2(g)+4CO(g) =4CO2(g)+N2(g) △H<0

某溫度下，向10L密閉容器中分別充入0.1molNO2和0.2 molCO，發(fā)生上述反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)的壓強(qiáng)變化如下表所示：

時(shí)間/min	0	2	4	6	8	10	12
壓強(qiáng)/kPa	75	73.4	71.95	70.7	69.7	68.75	68.75

回答下列問題：

①在此溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_________kPa-1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計(jì)算結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后2位)；若保持溫度不變，再將CO、CO2氣體濃度分別增加一倍，則平衡_____(填“右移”或“左移”或“不移動(dòng)”)；

②若將溫度降低，再次平衡后，與原平衡相比體系壓強(qiáng)(p總)如何變化？_______(填“增大”、“減小”或“不變”)，原因是__________。

Answer 1

【答案】-179.5kJ/mol 小于 AD 0.04 不移動(dòng) 減小 若溫度降低，體積不變，根據(jù)阿伏伽德羅定律，總壓強(qiáng)減小；同時(shí)，降低溫度，由于反應(yīng)放熱，所以平衡朝正方向移動(dòng)，容器內(nèi)分子數(shù)減少，總壓強(qiáng)也減小

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能與生成物的總鍵能的差等于反應(yīng)熱可得相應(yīng)反應(yīng)的焓變；

(2)①計(jì)算溫度分別為T1、T2時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)，然后利用溫度與平衡常數(shù)的關(guān)系判斷溫度大�。�

②根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)與速率常數(shù)的關(guān)系判斷；活化能大的反應(yīng)速率慢，活化能低的反應(yīng)，反應(yīng)快；整個(gè)反應(yīng)由進(jìn)行慢的化學(xué)反應(yīng)決定整個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率；物質(zhì)轉(zhuǎn)化程度與轉(zhuǎn)化速率無關(guān)；

(3)①在恒容密閉容器內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)濃度比等于物質(zhì)的量的比計(jì)算；根據(jù)改變物質(zhì)的濃度后Qc與K的大小分析平衡移動(dòng)的方向；

②降低溫度，分子運(yùn)動(dòng)速率減小，同時(shí)化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合方程式中溫度、氣體分子數(shù)多少變化關(guān)系分析判斷。

(1)計(jì)算出①N2(g)+O2(g)=2NO(g)的△H=E(反應(yīng)物鍵能)-E(生成物鍵能)=(946+497-811.25×2)kJ/mol=-179.5kJ/mol；

(2)①溫度為T1時(shí)：2NO(g)+O2(g2NO2(g)

開始(mol/L) 0.6 0.3 0

轉(zhuǎn)化(mol/L) 0.2 0.1 0.2

平衡(mol/L) 0.4 0.2 0.2

則溫度為T1時(shí)，平衡常數(shù)K1==1.25，由于平衡時(shí)v正=v逆，不難推出平衡常數(shù)等于速率常數(shù)之比，即:K1==1.25；溫度為T2時(shí)，該反應(yīng)存在K2==1，K2<K1，由于反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，所以T1<T2；

②A.由①分析可知，當(dāng)?shù)谝徊椒磻?yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，V1正=V1逆，由于速率常數(shù)之比實(shí)際上就是平衡常數(shù)，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度越大，A正確；

B.反應(yīng)速率快慢與轉(zhuǎn)化率之間無因果關(guān)系，B錯(cuò)誤；

C.相同溫度下，第一步反應(yīng)快速達(dá)到平衡，第二步是慢反應(yīng)，所以第二步活化能比第一步高，C錯(cuò)誤；

D.整個(gè)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率由第二步慢反應(yīng)決定，D正確；

故合理選項(xiàng)是AD；

(3)①向10L密閉容器中分別充入0.1molNO2和0.2molCO，反應(yīng)10min達(dá)到平衡，體系內(nèi)壓強(qiáng)由75kPa減少到68.75kPa,則反應(yīng)中各物質(zhì)的濃度變化為

2NO2(g)+4CO(g) =4CO2(g)+N2(g) △H<0

開始(mol/L) 0.01 0.02 0 0

轉(zhuǎn)化(mol/L)2x 4x 4x x

平衡(mol/L) 0.01-2x 0.02-4x 4x x

根據(jù)，，解得x=0.0025mol/L；根據(jù)公式Kp=，p(A)=p(總)×，可得Kp=0.04Kpa-1；

若平衡后再將CO、CO2的濃度增加一倍，由于方程式中兩種物質(zhì)的系數(shù)相同，所以Qc=K，因此化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)；

②降低溫度，分子運(yùn)動(dòng)速率減慢，對容器的碰撞次數(shù)減小，壓強(qiáng)降低；同時(shí)該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致體系內(nèi)氣體分子數(shù)減小，所以總壓強(qiáng)也會減小。