Question

【題目】環(huán)境問(wèn)題成為人類共同關(guān)注的問(wèn)題，歐洲很多國(guó)家提出了燃油車2036年停產(chǎn)時(shí)間表。也有專家提出燃油車遠(yuǎn)未到窮途末路，只要解決燃油汽車排放的尾氣中的SO2、CO和NO污染問(wèn)題就還有很長(zhǎng)的生命，請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）在汽車尾氣管中加裝催化劑成為汽車尾氣治理的常用方法，已知：

①N2(g)+ O2(g)＝2NO(g) △H＝180.5 kJ/mol

②2CO(g)+ O2(g)＝2CO2(g) △H＝-566kJ/mol

寫出NO(g)與CO(g)在催化劑作用下轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式________________________。

（2）汽車尾氣中的少量NO2也可以和CO反應(yīng)生成N2(g)和CO2(g)，熱化學(xué)方程式為：

2NO2（g）+4CO（g）= N2(g)+4CO2(g) ，ΔH=QkJ·mol-1，試判斷Q_______0（填“>”或“<”或“=”）。理由是_________________________________________

（3）除了汽車尾氣產(chǎn)生的污染外，工業(yè)尾氣及北方冬季燃煤產(chǎn)生SO2的污染治理也非常重要，可模仿工業(yè)上用2SO2(g )+O2(g) 2SO3(g)以制取硫酸，現(xiàn)在一容積固定為10L的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，現(xiàn)測(cè)得如下數(shù)據(jù)：

①比較第1組和第2組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出有關(guān)反應(yīng)速率的結(jié)論是_______________________。試通過(guò)計(jì)算第1組和第2組的平衡常數(shù)可以得出結(jié)論是：________________________________。

②在第3組的實(shí)驗(yàn)中一開始加入了0.5mol的SO3，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)c仍為0.4mol，則a=___________ ，b=__________。

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【答案】 2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H＝-746.5 kJ/mol < 該反應(yīng)△S小于零，反應(yīng)在該條件下能自發(fā)進(jìn)行，故△H<0 溫度越高，反應(yīng)速率越快 因?yàn)榈?/span>1組的K大于第2組的K，溫度越低，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大 a=1.5 b=0.75

【解析】⑴.① N2(g)+ O2(g)＝2NO(g) △H＝180.5 kJ/mol

② 2CO(g)+ O2(g)＝2CO2(g) △H＝ -566kJ/mol

NO(g)與CO(g)在催化劑作用下轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的化學(xué)方程式為：2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，根據(jù)蓋斯定律，②－①可得2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H＝ -566kJ/mol－180.5 kJ/mol= -746.5 kJ/mol，故答案為：2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H＝ -746.5 kJ/mol；

⑵.2NO2（g）+4CO（g）= N2(g)+4CO2(g) ，ΔH=QkJ·mol-1，該反應(yīng)的△S小于零，根據(jù)△G=△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，則只有△H<0，故答案是：＜；該反應(yīng)△S小于零，反應(yīng)在該條件下能自發(fā)進(jìn)行，故△H<0；

⑶.①.第1組實(shí)驗(yàn)溫度為550℃，第2組實(shí)驗(yàn)溫度為650℃，第2組實(shí)驗(yàn)達(dá)到平衡所需的時(shí)間明顯比第1組少，故說(shuō)明溫度越高，反應(yīng)速率越快；

根據(jù)三段式法分別計(jì)算第1組550℃和第2組650℃時(shí)的平衡常數(shù)：

設(shè)第1組550℃時(shí)平衡常數(shù)為：K1，

2SO2(g )+O2(g) 2SO3(g)

起始量（mol/L） 0.4 0.2 0

轉(zhuǎn)化量（mol/L） 0.36 0.18 0.36

平衡量（mol/L） 0.04 0.02 0.36

則K1=0.3620.042×0.02=4050

設(shè)第2組650℃時(shí)平衡常數(shù)為：K2，

2SO2(g )+O2(g) 2SO3(g)

起始量（mol/L） 0.2 0.1 0

轉(zhuǎn)化量（mol/L） 0.16 0.08 0.16

平衡量（mol/L） 0.04 0.02 0.16

則K2=0.1620.042×0.02=800

則K1＞K2，說(shuō)明溫度越低，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，故答案為：因?yàn)榈?/span>1組的K大于第2組的K，溫度越低，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大；

②. 第3組實(shí)驗(yàn)和第2組實(shí)驗(yàn)溫度相同，因在第3組的實(shí)驗(yàn)中一開始加入了0.5mol的SO3，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)SO2仍為0.4mol，則第3組實(shí)驗(yàn)和第2組實(shí)驗(yàn)為等效平衡，因2SO2(g )+O2(g) 2SO3(g)是反應(yīng)前后體積不相等的可逆反應(yīng)，若達(dá)到等效平衡，則第3組和第2組反應(yīng)物的起始加入量應(yīng)相等，令SO3完全轉(zhuǎn)化，則根據(jù)方程式有：a+0.5=2，b+0.25=1，則a=1.5，b=0.75，故答案為：a=1.5；b=0.75。

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實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		SO2	O2	SO2
1	550	4	2	0.4	9
2	650	2	1	0.4	3
3	650	a	b	c	t

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Answer 1

【答案】 2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H＝-746.5 kJ/mol < 該反應(yīng)△S小于零，反應(yīng)在該條件下能自發(fā)進(jìn)行，故△H<0 溫度越高，反應(yīng)速率越快 因?yàn)榈?/span>1組的K大于第2組的K，溫度越低，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大 a=1.5 b=0.75

【解析】⑴.① N2(g)+ O2(g)＝2NO(g) △H＝180.5 kJ/mol

② 2CO(g)+ O2(g)＝2CO2(g) △H＝ -566kJ/mol

NO(g)與CO(g)在催化劑作用下轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的化學(xué)方程式為：2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，根據(jù)蓋斯定律，②－①可得2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H＝ -566kJ/mol－180.5 kJ/mol= -746.5 kJ/mol，故答案為：2NO（g）＋2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H＝ -746.5 kJ/mol；

⑵.2NO2（g）+4CO（g）= N2(g)+4CO2(g) ，ΔH=QkJ·mol-1，該反應(yīng)的△S小于零，根據(jù)△G=△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，則只有△H<0，故答案是：＜；該反應(yīng)△S小于零，反應(yīng)在該條件下能自發(fā)進(jìn)行，故△H<0；

⑶.①.第1組實(shí)驗(yàn)溫度為550℃，第2組實(shí)驗(yàn)溫度為650℃，第2組實(shí)驗(yàn)達(dá)到平衡所需的時(shí)間明顯比第1組少，故說(shuō)明溫度越高，反應(yīng)速率越快；

根據(jù)三段式法分別計(jì)算第1組550℃和第2組650℃時(shí)的平衡常數(shù)：

設(shè)第1組550℃時(shí)平衡常數(shù)為：K1，

2SO2(g )+O2(g) 2SO3(g)

起始量（mol/L） 0.4 0.2 0

轉(zhuǎn)化量（mol/L） 0.36 0.18 0.36

平衡量（mol/L） 0.04 0.02 0.36

則K1=0.3620.042×0.02=4050

設(shè)第2組650℃時(shí)平衡常數(shù)為：K2，

2SO2(g )+O2(g) 2SO3(g)

起始量（mol/L） 0.2 0.1 0

轉(zhuǎn)化量（mol/L） 0.16 0.08 0.16

平衡量（mol/L） 0.04 0.02 0.16

則K2=0.1620.042×0.02=800

則K1＞K2，說(shuō)明溫度越低，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，故答案為：因?yàn)榈?/span>1組的K大于第2組的K，溫度越低，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大；

②. 第3組實(shí)驗(yàn)和第2組實(shí)驗(yàn)溫度相同，因在第3組的實(shí)驗(yàn)中一開始加入了0.5mol的SO3，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)SO2仍為0.4mol，則第3組實(shí)驗(yàn)和第2組實(shí)驗(yàn)為等效平衡，因2SO2(g )+O2(g) 2SO3(g)是反應(yīng)前后體積不相等的可逆反應(yīng)，若達(dá)到等效平衡，則第3組和第2組反應(yīng)物的起始加入量應(yīng)相等，令SO3完全轉(zhuǎn)化，則根據(jù)方程式有：a+0.5=2，b+0.25=1，則a=1.5，b=0.75，故答案為：a=1.5；b=0.75。