Question

19．已知在298K和101kPa條件下，有如下反應(yīng)：
反應(yīng)Ⅰ：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅲ：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=+180.5kJ•mol^-1
試回答下列問題：
（1）汽車尾氣凈化原理為反應(yīng)Ⅳ：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，該反應(yīng)能自發(fā)進行的條件是低溫．（填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）．
（2）如果在一定溫度下，體積為 2 升的密閉容器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)Ⅳ，0～4min各物質(zhì)物質(zhì)的量的變化如下表所示：

物質(zhì)（mol） 時間	NO	CO	N2	CO2
起始	0.40		1.0
2min 末		2.0	0.80	1.6
4min 末				1.6

①求 0～2min 內(nèi)用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v（CO）=0.10mol•Lˉ¹•minˉ¹．
②試計算該溫度下反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)平衡常數(shù) K=1.6．
（3）若一定溫度下，在容積可變的密閉容器中，上述反應(yīng)Ⅳ達到平衡狀態(tài)，此時容積為3L，c（N₂）隨時間 t 的變化曲線 x 如圖所示．
①若在 t₂min時改變一個條件，c（N₂）隨反應(yīng)時間 t 的變化如曲線 y 所示，則改變的條件是快速將容器體積由3L壓縮到2L．
②若在t₂min時升高溫度，t₃min時重新達到平衡，請在圖中畫出在 t₂～t₄內(nèi) c（N₂）的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)Ⅰ：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅲ：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=+180.5kJ•mol^-1
蓋斯定律計算反應(yīng)Ⅰ×2-反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅲ得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，
故答案為：-746.5 kJ•mol^-1；
（2）①0～2min 內(nèi)N₂物質(zhì)的量變化=1.0mol-0.80mol=0.20mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算出v（N₂），然后根據(jù) v（CO）=2v（N₂）計算出用CO表示的反應(yīng)速率；
0～2min 內(nèi)用 CO物質(zhì)的量變化=1.0mol-0.80mol=0.20mol，反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②利用三段式列式計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
（3）①t₂min時改變一個條件后，c（N₂）瞬間從3.5mol/L變?yōu)?.5mol/L，說明改變條件是將容器容積從3L迅速變?yōu)?L；
②升高溫度后平衡向著逆向移動，氮氣的濃度減小，之至t₃min時重新達到平衡，據(jù)此畫出圖象．

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅰ：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅲ：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=+180.5kJ•mol^-1
蓋斯定律計算反應(yīng)Ⅰ×2-反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅲ得到
故答案為：-746.5 kJ•mol^-1；低溫；
（2）①0～2min 內(nèi)N₂物質(zhì)的量變化為：1.0mol-0.80mol=0.20mol，用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v（CO）=2v（N₂）=$\frac{\frac{0.20mol}{2L}}{2min}$×2=0.10mol/（L•min），
故答案為：0.10mol•Lˉ¹•minˉ¹；
②根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可知，2min 末達到平衡狀態(tài)
                        2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L）0.2            0.8            0.5           1.0
變化量（mol/L）0.2            0.2            0.1           0.2
平衡量（mol/L）0.4            1.0            0.4           0.8
該溫度下反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0．{8}^{2}×0.4}{1．{0}^{2}×0．{4}^{2}}$=1.6，
故答案為：1.6；
（3）①根據(jù)圖象可知，t₂min時條件后，c（N₂）瞬間從3.5mol/L變?yōu)?.5mol/L，說明改變條件壓縮容器容積，即將容器容積從3L迅速變?yōu)?L，
故答案為：快速將容器體積由3L壓縮到2L；
②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度后平衡向著逆向移動，則 c（N₂）開始減小，之至t₃min時重新達到平衡，c（N₂）不再變化，據(jù)此畫出t₂～t₄內(nèi) c（N₂）的變化曲線為：，
故答案為：．

點評 本題考查物質(zhì)的量或濃度隨時間變化的曲線、反應(yīng)熱與焓變等知識，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡計算中的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及綜合應(yīng)用能力．