Question

【題目】目前，對CO、NOx的綜合利用是科學(xué)家研究的熱點。回答下列問題：

（1）已知：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) H1＝＋180.5kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) H2＝－566kJ·mol－1

2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g) H3＝－116.2kJ·mol－1

寫出CO和NO2反應(yīng)生成N2的熱化學(xué)方程式：____。

（2）制備AlCl3的實際生產(chǎn)過程中，常加入足量的碳粉，反應(yīng)后生成CO(g)。T℃時，向恒容密閉容器中加入3mol Al2O3(s)、8mol C(s)和3.3mol Cl2(g)，發(fā)生反應(yīng)。Cl2的濃度變化如圖1所示；圖2為20min后改變?nèi)萜髦袟l件，平衡體系的反應(yīng)速率(v)隨時間(t)的變化關(guān)系，且四個階段都各改變一種不同的條件。

①容器中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

②0～15min內(nèi)，該反應(yīng)的平均速率v(CO)=___mol·L-1·min-1。

③T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___。

④15min時的平衡常數(shù)K(15)、44 min時的平衡常數(shù)K(44)與55min時的平衡常數(shù)K(55)的大小關(guān)系為____。

（3）N2O5在一定條件下可發(fā)生分解：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)。一定溫度下，在恒容密閉容器中充入一定量N2O5進行該反應(yīng)，能判斷反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是___(填標(biāo)號)。

A．容器中氣體的密度不發(fā)生變化

B．NO2和O2的體積比保持不變

C．v正(NO2)=2v逆(N2O5)

D．氣體的平均相對分子質(zhì)量為43.2，且保持不變

Answer 1

【答案】2NO2(g)＋4CO(g)=4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-1196.3kJ·mol-1 Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO 0.02 1000 K(15)=K(44)＜K(55) CD

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律分析熱化學(xué)方程式；

（2）①該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO；

②根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，可以推出v(CO)=v(Cl2)=，依此計算；

③先計算出平衡時體系中氣體組分的濃度，再計算平衡常數(shù)K即可；

④先判斷出各個時刻改變的條件，再判斷出對應(yīng)的溫度變化，因為平衡常數(shù)只和溫度有關(guān)；

（3）A、在恒容的體系中，密度始終保持不變；

B、任何時刻，NO2和O2的體積比都為4：1；

C、v正(NO2)=2v逆(N2O5)，說明正逆反應(yīng)速率相同；

D、平衡時，氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變；

故CD可以說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4CO+2NO2=4CO2+N2，△H=2△H2-△H1-△H3=2×(-566kJ·mol-1)-180.5kJ·mol-1-(-116.2kJ·mol-1)= -1196.3kJ·mol-1，故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4CO(g)+2NO2(g)=4CO2(g)+N2(g) △H=-1196.3kJ·mol-1；

（2）①該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO；

②根據(jù)圖1可知，v(Cl2)==0.02mol·L-1·min-1，則v(CO)=v(Cl2)=0.02mol·L-1·min-1；

③△c(Cl2)=0.33mol·L-1-0.03mol·L-1=0.3mol·L-1，則反應(yīng)的三段式為：

K===1000；

④觀察圖2，可知：20min、25min時，改變的條件可能是加入了正催化劑，或者增大了壓強（反應(yīng)前后氣體體積不變）；30min時，v正突然增大，v逆不變，接著反應(yīng)達(dá)到平衡，則30min時改變的條件是增加了Cl2的濃度；45min時，v正、v逆都減小，且v逆減小得更多，則45min時改變的條件是降低溫度，且平衡正向移動，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)；由于T(15)=T(44)>T(55)，且對于放熱反應(yīng)而言，溫度降低，K增大，所以K(15)=K(44)＜K(55)；

（3）A、根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)體系的質(zhì)量始終不變，又由于反應(yīng)是在恒容環(huán)境中進行的，反應(yīng)體系的體積始終不變，所以反應(yīng)體系的密度始終不變，故A選項不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

B、任何時刻，NO2和O2的體積比都為4：1，故B選項不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

C、v正(NO2)、v逆(N2O5)代表的方向相反，當(dāng)v正(NO2)=2v逆(N2O5)，說明正逆反應(yīng)速率相同，故C選項能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

D、氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

故選CD。