Question

2013年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO （g）

催化劑

 2CO₂ （g）+N₂ （g）在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如右圖所示．據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為

 

．
②該反應(yīng)的△H

 

0（選填“＞”、“＜”）．
③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在右圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴(yán)重的環(huán)境問題．煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算

專題：

分析：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，根據(jù)平衡常數(shù)的概念并結(jié)合反應(yīng)方程式反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式；
②根據(jù)到達平衡的時間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時二氧化碳的濃度判斷溫度對平衡的影響，進而判斷△H；
③接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）①2NO（g）+2CO （g）

催化劑

 2CO₂ （g）+N₂ （g）的平衡常數(shù)表達式為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，即：K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

，
故答案為：K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；
②由圖示可知，溫度T₁先到達平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即：△H＜0，
故答案為：＜；
③接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為，故答案為：；
（2）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）=-810.1kJ/mol，
即：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol．

點評：本題考查了物質(zhì)的量濃度隨時間變化的曲線、熱化學(xué)方程式的書寫，題目難度中等，注意掌握影響化學(xué)平衡的因素，明確蓋斯定律的概念及應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力．