Question

【題目】汽車尾氣是城市的主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣成為保護(hù)環(huán)境的首要任務(wù)。在汽車上安裝三效催化轉(zhuǎn)化器，可使汽車尾氣中的主要污染物進(jìn)行相互反應(yīng)，生成無(wú)毒物質(zhì)；或者使用新型燃料電池作汽車動(dòng)力，減少汽車尾氣污染。

（1）H2或CO可以催化還原NO以達(dá)到消除污染的目的。

已知：N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △H = +180.5 kJ·mol-1

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H =－571.6 kJ·mol－1

則H2(g)與NO(g)反應(yīng)生成N2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式是 。

（2）當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。下圖表示在其他條件不變時(shí)，反應(yīng)：2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g) 中NO的濃度[c(NO)]隨溫度(T)、催化劑表面積(S)和時(shí)間(t)的變化曲線。

① 該反應(yīng)的△H 0 (填“＞”或“＜”)。

② 若催化劑的表面積S1＞S2 ，在右圖中畫出c (NO) 在T1、S2 條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線。

（3）在某溫度時(shí)，按下列流程探究某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如表：

時(shí)間/s	0	1	2	3	4
c (NO)(×10-3 mol·L－1)	1.00	0.50	0.20	0.10	0.10
c (CO)(×10-3 mol·L－1)	3.00	2.50	2.20	2.10	2.10

不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響，按要求完成以下計(jì)算(寫出計(jì)算過(guò)程，只寫出計(jì)算結(jié)果的不給分)：

①計(jì)算前2s內(nèi)的△c (CO2) ；

②計(jì)算前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v (N2) ；

③計(jì)算達(dá)到平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率。

Answer 1

【答案】（1）2H2(g)+2NO(g) =N2(g)+2H2O(l) △H =-752.1kJ·mol－1

（2 ①△c (CO2)= 0.80 mol·L－1;

②v (N2)= △c (N2)/ △t=0.20 mol·L－1·s－1；

③平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為(1.00-0.10)/1.00×100%=90%。

【解析】

試題分析：（1）①已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ/mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6 kJmol-1

依據(jù)蓋斯定律可知②-①得：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H，

△H=(-571.6kJ/mol)-180.5kJ/mol═-752.1kJ/mol；由于正反應(yīng)放熱(△H＜0)，且正反應(yīng)方向氣體體積減小，為熵減小的方向，即△S＜0，△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，所以T較小才可以，即低溫下自發(fā)，故答案為：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=-752.1kJ/mol；

（2）①溫度T2到達(dá)平衡的時(shí)間短，反應(yīng)速率快，故溫度T2＞T1，溫度越高，平衡時(shí)NO的濃度越高，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；

②催化劑的表面積S1＞S2，則催化劑S1到達(dá)平衡的時(shí)間比催化劑S2短，催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)NO的濃度相同，故c(NO) 在T1、S2條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線為

，

（3） 2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)

起始濃度(×10-3 mol·L－1) 3.00 1.00 0 0

2s末濃度(×10-3 mol·L－1) 2.20 0.20 0.80 0.40

2s變化濃度(×10-3 mol·L－1)0.80 0.80 0.80 0.40

平衡濃度(×10-3 mol·L－1) 2.10 0.10 0.90 0.45

①△c (CO2)= 0.80 mol·L－1，故答案為：0.80 mol·L－1；

②v (N2)= △c (N2)/ △t=0.20 mol·L－1·s－1，故答案為：0.20 mol·L－1·s－1；

③平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為(1.00-0.10)/1.00×100%=90%，故答案為：90%。