Question

【題目】為有效控制霧霾，各地積極采取措施改善大氣質量，研究并有效控制空氣中的氮氧化物、碳氧化物含量顯得尤為重要。

Ⅰ．氮氧化物研究

（1）一定條件下，將2molNO與2molO2置于恒容密閉容器中發生反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，下列各項能說明反應達到平衡狀態的是____________。

a．體系壓強保持不變 b．混合氣體密度保持不變

c．NO和O2的物質的量之比保持不變 d．每消耗2molNO同時生成2 molNO2

（2）汽車內燃機工作時會引起N2和O2的反應：N2+ O22NO，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。在T1、T2溫度下，一定量的NO發生分解反應時N2的體積分數隨時間變化如右圖所示，根據圖像判斷反應N2（g）+ O2（g）2NO（g）的△H____0(填“＞”或“＜”)。

（3）NOx是汽車尾氣中的主要污染物之一。汽車發動機工作時會引發N2和O2反應，

其能量變化如圖所示：

寫出該反應的熱化學方程式：________________________________。

Ⅱ．二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，但也是大氣的主要污染物。綜合治理其污染是壞境化學當前的重要研究內容之一。

（1）硫酸生產中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(s)+O2（g）2SO3（g），某溫度下，SO2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(P)的關系如下圖所示。根據圖示回答下列問題：

①將2.0 molSO2和1.0molO2置于10 L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10MPa。該反應的平衡常數等于__________。

②平衡狀態由A變到B時，平衡常數K（A）_______K(B)(填“＞”、“＜”或“=”)。

（2）用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol-1

若用標準狀況下4.48 L CH4還原NO2至N2，整個過程中轉移的電子總數為__________(阿伏加德羅常數的值用NA表示)，放出的熱量為___________kJ。

Answer 1

【答案】 ac △H>0 N2(g)＋O2(g)=2NO(g) △H=＋183.kJ·mol－1 800L·mol-1 = 1.60NA(或1.6NA) 173.4

【解析】Ⅰ．（1）一定條件下，將2molNO與2molO2置于恒容密閉容器中發生反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)。a．正反應是氣體分子數減少的方向，所以體系壓強保持不變時，達到平衡； b．混合氣體密度始終不變，所以密度不變不能說明達到平衡；c．NO和O2的物質的量之比保持不變，達到平衡；d．每消耗2molNO同時生成2 molNO2，不能說明正反應速率等于逆反應速率，不一定達到平衡。能說明反應達到平衡狀態的是ac。

（2）由圖可知，T2先達到平衡，所以T1＜T2。由T1升高到T2，氮氣的體積分數減小了，說明升高溫度后，該化學平衡向正反應方向移動，則可判斷反應N2（g）+ O2（g）2NO（g）為吸熱反應，△H＞0。

（3） 由圖可知，該反應的△H=945kJ/mol+498kJ/mol-2630kJ/mol=183kJ/mol，所以該反應的熱化學方程式為N2(g)＋O2(g)=2NO(g) △H=＋183.kJ·mol－1。

Ⅱ．（1）①將2.0 molSO2和1.0molO2置于10 L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10MPa。由圖可知，SO2的平衡轉化率為0.80，則SO2、O2、SO3的變化量為1.6mol、0.80mol、1.6mol，SO2、O2、SO3的平衡量為0.40mol、0.20mol、1.6mol，SO2、O2、SO3的平衡濃度為0.040mol/L、0.020mol/L、0.16mol/L，該反應的平衡常數等于800L·mol-1。

②平衡狀態由A變到B時，平衡常數K(A)=K(B)。

（2）由CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ·mol-1和CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol-1可得，2CH4(g)+4NO2(g)= 2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1734kJ·mol-1，所以2mol CH4完全反應后，轉移電子16mol、放出熱量1734kJ。因此，若用標準狀況下4.48 L CH4(即0.2mol)還原NO2至N2，整個過程中轉移的電子總數為1.60NA(或1.6NA)，放出的熱量為173.4kJ。