Question

2012年2月27日深圳宣稱進入“200萬輛汽車時代”，汽車尾氣已成為重要的空氣污染物。
（1）汽車內燃機工作時引起反應：N₂(g)+O₂(g)2NO(g)，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。T℃時，向2L密閉容器中充入4mol N₂和6molO₂，5min后達平衡時NO物質的量為4mol，該反應的速率v(N ₂)為        ；計算該條件下的平衡常數（寫出計算過程）。
（2）恒溫恒容，能說明反應 2NO(g)  N₂(g)+O₂(g) 達到平衡的是        （填代號）。

A．NO、N2、O2的濃度之比為2∶1∶1

B．N2的濃度不再發生變化

C．單位時間內消耗2 mol NO，同時消耗1 mol N2

D．容器內氣體密度不再發生變化

（3）H₂或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的：
①已知：N₂(g)+ O₂(g) = 2NO(g)     △H = +180.5kJ/mol
H₂(g)+1/2O₂(g) = H₂O(l)    △H = —285.8kJ/mol
則H₂(g)與NO(g)反應生成N₂(g)和H₂O(l)的熱化學方程式為                         。
②當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率。下圖是反應：2NO(g) + 2CO(g) 2CO₂(g)+ N₂(g) 中NO的濃度隨溫度(T)、催化劑表面積(S)和時間(t)的變化曲線，據此判斷該反應的△H      0 (填“＞”、“＜”或“無法確定”)。若催化劑的表面積S₁＞S₂ ，在下圖中畫出NO的濃度在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線，并注明條件。

Answer 1

（1）0.2mol/(L·min)
N₂(g)+O₂(g)2NO(g)
起始濃度(mol·L^-1)  2.0    3.0       0
轉化濃度(mol·L^-1)  1.0    1.0       2.0
平衡濃度(mol·L^-1)  1.0    2.0       2.0
平衡常數K==
（2）BC
（3）①2H₂(g)+2NO(g)=N₂(g)+2H₂O(l) △H=-752.1kJ/mol      ②＜

解析試題分析：（1）根據定義式，只能先直接計算v(NO)=4mol÷2L÷5min=0.4mol/(L·min)，再根據系數比，間接計算v(N₂)= v(NO)/2=0.2mol/(L·min)；由起始、變化、平衡濃度關系可知：
N₂(g)+O₂(g)2NO(g)
起始濃度/mol·L^—1    2     3        0
變化濃度/mol·L^—1    1     1        2
平衡濃度/mol·L^—1    1     2        2
K===2
（2）A項不能說明達到平衡，因為NO、N₂、O₂的變化濃度之比為2∶1∶1，而平衡濃度之比不一定等于系數之比；B項能說明達到平衡，N₂的濃度不再發生變化，說明N₂的消耗速率等于生成速率，即逆反應速率等于正反應速率；C項能說明達到平衡，因為v(NO)_消耗/v(N₂)_生成=2/1，如果v(NO)_消耗/v(N₂)_消耗=2/1，則v(N₂)_生成= v(N₂)_消耗，即正反應速率等于逆反應速率；D項不能說明達到平衡，各組分都是氣體，混合氣體的總質量守恒，容器容積不變，無論是否達到平衡，混合氣體的密度一定不變；（3）①第2個熱化學方程式×2—第1個熱化學方程式可以約去O₂(g)，即2H₂(g)+2NO(g)=2H₂O(l)+N₂(g)  △H="[(—285.8)" ×2—(+180.5)]kJ/mol=—752.1kJ/mol；②升高溫度能增大反應速率，縮短達到平衡的時間，由此推斷圖中溫度T₁<T₂，而圖中T₁→T₂時c(NO)增大，由于升溫平衡向吸熱方向移動，c(NO)增大說明平衡向逆反應方向移動，則逆反應是吸熱反應，所以正反應是放熱反應，正反應的△H <0；③畫圖要點：a、起點與T₁、S₁時相同；b、平衡點比 T₁、S₁時晚，因為T₁、S₁→T₁、S₂就是減小催化劑表面積，反應速率減小，達到平衡的時間增大； c、平衡時c(NO)與T₁、S₁時相同，因為催化劑不能使平衡移動。
考點：是有關化學反應速率、化學平衡、熱化學方程式的化學反應原理題，包括平均反應速率的直接和間接計算方法、化學平衡常數的計算過程、化學平衡狀態的標志、蓋斯定律的應用、根據濃度-時間圖像推斷焓變的正負、畫出改變一個變量時的濃度-時間圖像等常見考查形式。