Question

超音速飛機尾氣中的NO會破壞臭氧層．科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變?yōu)镃O₂和N₂，化學方程式如下：
2NO+2CO

催化劑

2CO₂+N₂ △H＜0．
為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如下表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/mol?L-1	1.00×10-3	4.50×10-4	2.50×10-4	1.50×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
c（CO）/mol?L-1	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

請回答（以下各題均不考慮溫度變化對催化效率的影響）：
（1）前2s內的平均反應速率v（N₂）=

1.875×10^-4mol/（L?s）

．
（2）在該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=

5000

．
（3）在溫度和體積保持不變的條件下，能夠說明該反應達到平衡狀態(tài)的標志是

D

．
A．反應混合物各組分物質的量濃度相等
B．NO、CO、CO₂、N₂分子數(shù)之比為2：2：2：1
C．混合氣體的密度保持不變
D．單位時間內消耗1mol NO的同時，就有1mol CO生成
（4）達到平衡后下列能提高NO轉化率的是

CD

．
A．選用更有效的催化劑            B．保持容器體積不變充入氦氣增大壓強
C．降低反應體系的溫度            D．縮小容器的體積
（5）反應2NO+O₂═2NO₂ △S＜0能自發(fā)進行的原因是

反應是放熱反應

．
（6）①液態(tài)肼（N₂H₄）和液態(tài)雙氧水混合反應時，即產(chǎn)生大量氮氣和水蒸汽，并放出大量的熱．已知0.4mol 液態(tài)肼與足量的液態(tài)雙氧水反應，生成氮氣和水蒸氣，放出256.6kJ的熱量．該反應的熱化學方程式是

N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.5kJ/mol

．
②某燃料電池以肼作為燃料，寫出酸性介質中肼參與反應的電極反應式：

N₂H₄-4e^-═4H⁺+N₂

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)化學反應速率的概念結合圖表數(shù)據(jù)分析計算一氧化氮的反應速率，結合速率之比等于系數(shù)之比；
（2）根據(jù)該溫度下達化學平衡時各物質平衡時濃度及化學平衡常數(shù)的概念來計算；
（3）化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，以此解答；
（4）提高NO轉化率，平衡正向進行；
（5）依據(jù)反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)△H-T?△S＜0分析判斷；
（6）①反應方程式為：N₂H₄+2H₂O₂═N₂+4H₂O，根據(jù)0.4mol液態(tài)肼放出的熱量，計算1mol液態(tài)肼放出的熱量，進而寫出熱化學方程式；
②原電池中N₂H₄在負極失電子發(fā)生氧化反應，生成N₂．

解答：解：（1））前2s內的平均反應速度v（NO）=

1.00×10-3-2.5×10-4

2s

=3.75×10^-4mol/（L?s），由v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.875×10^-4mol/（L?s），
故答案為：1.875×10^-4mol/（L?s）；
（2）由表格中的數(shù)據(jù)可知到4s時達到化學平衡，則
              2NO+2CO     

催化劑

   2CO₂ +N₂，
開始（mol/L） 1.00×10^-3 3.60×10^-3           0         0
轉化（mol/L） 9×10^-4 9×10^-4 9×10^-4 4.50×10^-4
平衡（mol/L）1.00×10^-42.70×10^-3 9×10^-4 4.50×10^-4
則平衡常數(shù)K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

(4.50×10-4)?(9×10-4)2

(1.00×10-4)2?(2.7×10-3)2

=5000，
故答案為：5000；
（3）A．當反應物和生成物濃度不再變化時，達到平衡狀態(tài)，反應混合物各組分物質的量濃度是否相等與初始量和轉化率有關，故A錯誤；
B．NO、CO、CO₂、N₂分子數(shù)之比初始量和轉化率有關，不一定是2：2：2：1，故B錯誤；
C．混合氣體的體積不變，質量守恒，所以密度始終保持不變，所以不能判斷平衡，故C錯誤；
D．單位時間內消耗1molNO為正速率，有1mol CO生成為逆速率，而且正逆速率之比等于計量數(shù)之比，所以是平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
（4）2NO+2CO?2CO₂+N₂反應中能提高NO轉化率的選項分析為：
A．選用更有效的催化劑，只能改變反應速率，不能改變平衡，故A錯誤；
B．反應時放熱反應，升高反應體系的溫度，平衡逆向進行，一氧化氮轉化率減小，故B錯誤；
C．反應時放熱反應，降低反應體系的溫度，平衡正向進行，一氧化氮轉化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，壓強增大，平衡向氣體體積見效的方向進行，平衡正向進行，一氧化氮轉化率增大，故D正確；
故答案為：CD；
（5）2NO+2CO?2CO₂+N₂ 反應的△S＜0，反應自發(fā)進行△H-T?△S＜0，則反應焓變一定小于0，△H＜0，反應是放熱反應，
故答案為：反應是放熱反應；
（6）反應方程式為：N₂H₄+2H₂O₂═N₂+4H₂O，0.4mol液態(tài)肼放出256.6kJ的熱量，則1mol液態(tài)肼放出的熱量為

256.6kJ

0.4

=641.5kJ，
所以反應的熱化學方程式為：N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.5kJ/mol，
故答案為：N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.5kJ/mol．
②原電池中，電解質為酸性介質，N₂H₄在負極失電子發(fā)生氧化反應，生成N₂，其電極方程式為：N₂H₄-4e^-═4H⁺+N₂，
故答案為：N₂H₄-4e^-═4H⁺+N₂．

點評：本題考查了反應速率的計算，反應能量變化的分析判斷和熱化學方程式的書寫，化學平衡的影響因素分析應用，平衡常數(shù)計算，電極方程式的書寫等，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．