Question

11．近年來全國各地長期被霧霾籠罩，霧霾顆粒中汽車尾氣占20%以上．已知汽車尾氣中的主要污染物為NO_x、CO、燃燒源超細顆粒（PM2.5）等由害物質．目前，已研究出了多種消除汽車尾氣污染的方法．
（1）催化劑存在時用H₂將NO還原為N₂．
已知：
則H₂還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式是：2NO（g）+2H₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665 kJ•mol^-1．
（2）用活性炭還原處理氮氧化物，有關反應為
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H
在2L恒容密閉器中加入足量的C與NO反應，所得實驗數(shù)據(jù)如表

實驗編號	溫度/°C	起始時NO的物質的量/mol	平衡時N2的物質的量/mol
1	700	0.40	0.09
2	800	0.24	0.08
3	800	0.20	a

①寫出該反應的平衡常數(shù)表達式$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$．
②結合表中數(shù)據(jù)，判斷該反應的△H＞0（填“＞”或“＜”），理由是計算700°C和800°C的平衡常數(shù)K₁＜K₂，所以△H＞0．
③實驗3達到平衡時，NO的轉化率為67%．（保留2位有效數(shù)字）
④根據(jù)實驗2數(shù)據(jù)，假設反應在t₁時刻達到平衡，若t₂時刻保持溫度不變，將容器體積壓縮至原來一半，請在圖中作出整個過程中CO₂的體積分數(shù)（CO₂）隨時間變化的曲線．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量變化圖，則反應斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應共放出2797-2132=665kJ的熱量；
（2）①平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
②依據(jù)按1和實驗2計算平衡狀態(tài)的平衡常數(shù)判斷升溫平衡移動方向，結合平衡移動原理方向判斷；
③依據(jù)溫度不變平衡常數(shù)不變，結合平衡三段式列式計算，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
④若t₂時刻保持溫度不變，將容器體積壓縮至原來一半，相當于增大壓強，C（g）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），反應前后氣體條件不變，所以改變壓強平衡不變，含量不變，據(jù)此畫出變化圖象．

解答 解：（1）根據(jù)能量變化圖，則反應斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應共放出2797-2132=665kJ的熱量，熱化學方程式為2NO（g）+2H₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665 kJ•mol^-1，
故答案為：2NO（g）+2H₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665 kJ•mol^-1；
（2）①平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，表達式為：$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$，
故答案為：$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$；
②依據(jù)按1和實驗2計算平衡狀態(tài)的平衡常數(shù)判斷升溫平衡移動方向，
            C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）     0.2      0      0
變化量（mol/L）     0.09    0.045   0.045
平衡量（mol/L）     0.11    0.045   0.045
K1=$\frac{0.045×0.045}{0.1{1}^{2}}$=0.167
               C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）       0.12       0      0
變化量（mol/L）       0.08      0.04   0.04
平衡量（mol/L）       0.04      0.04   0.04
K2=$\frac{0.04×0.04}{0.0{4}^{2}}$=1＞K1
升溫平衡常數(shù)增大說明反應為吸熱反應，△H＞0，
故答案為：＞，計算700°C和800°C的平衡常數(shù)K₁＜K₂，所以△H＞0；
③依據(jù)溫度不變平衡常數(shù)不變，結合平衡三段式列式計算，
             C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）     0.1      0      0
變化量（mol/L）     a       0.5a   0.5a
平衡量（mol/L）     0.1-a   0.5a  0.5a
K=$\frac{0.5a×0.5a}{（0.1-a）^{2}}$=1
a=$\frac{1}{15}$
轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{\frac{1}{15}}{0.1}$×100%=67%，
故答案為：67%；
④若t₂時刻保持溫度不變，將容器體積壓縮至原來一半，相當于增大壓強，C（g）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），反應前后氣體條件不變，所以改變壓強平衡不變，含量不變，據(jù)此畫出變化圖象為：，
故答案為：．

點評 本題考查了化學平衡的計算應用，平衡常數(shù)，影響因素分析，圖象繪制，掌握平衡移動原理和平衡計算方法是解題關鍵，題目難度中等．