Question

【題目】（Ⅰ）汽車尾氣是城市主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣成為保護環境的重要任務。

（1）汽車內燃機工作時發生反應：N2(g) + O2(g)2NO(g)，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。T ℃時，向一體積固定的密閉容器中充入6.5mol N2和7.5mol O2，在5 min時反應達到平衡狀態，測得此時容器中NO的物質的量為5mol。

①反應開始至達到平衡的過程中，容器中下列各項發生變化的是___（填序號）。

a.混合氣體的密度 b.混合氣體的壓強

c.正反應速率 d.單位時間內，N2和NO的消耗量之比

②假設容器體積為5L，則5min內該反應的平均速率υ(NO) =___；

（2）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= +180.5 kJ·mol-1

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

則H2(g)與NO(g)反應生成N2(g)和H2O(l)的熱化學方程式是___；判斷該反應自發進行的條件：___。

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。下圖表示在其他條件不變時，反應：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g) + N2(g)中NO的濃度[c(NO)]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線。則該反應的△H___0（填“＞”或“＜”）。若催化劑的表面積S1＞S2 ，在該圖中畫出c(NO)在T1、 S2條件下達到平衡過程中的變化曲線___。

（3）某小組往一恒溫恒壓容器充入9mol N2和23mol H2模擬合成氨反應，圖C為不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分數與總壓強（p）的關系圖．若體系在T2、60MPa下達到平衡．

①能判斷N2（g）+3H2（g）2NH3（g）達到平衡的是___（填序號）．

a．容器內壓強不再發生變化 b．混合氣體的密度不再發生變化

c．v正（N2）=3v逆（H2） d．混合氣體的平均相對分子質量不再發生變化

②此時N2的平衡分壓為__MPa．（分壓=總壓×物質的量分數）。計算出此時的平衡常數Kp=___（用平衡分壓代替平衡濃度計算，結果保留2位有效數字）。

Answer 1

【答案】 c d 0.2 mol·L-1·min-1 2H2(g) + 2NO(g) = N2(g) + 2H2O(l)　△H=－752.1 kJ·mol-1 低溫自發 ＜ bd 9 0.043

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，化學反應自發性的判斷，化學反應速率的計算，化學平衡圖像的分析和作圖，化學平衡狀態的判斷，化學平衡和化學平衡常數的計算。

（I）（1）①a項，該反應中所有物質全是氣體，氣體的總質量始終不變，容器的體積固定，混合氣體的密度始終不變；b項，該反應是反應前后氣體分子數不變的反應，從反應開始至達到平衡的過程中，氣體物質的量始終不變，在體積固定的容器中混合氣體的壓強始終不變；c項，正反應速率隨著時間的推移減小，平衡時保持不變；d項，隨著時間的推移單位時間內N2的消耗量減小，隨著時間的推移單位時間內NO的消耗量增大，隨著時間的推移單位時間內N2和NO的消耗量之比減小；反應開始至達到平衡的過程中，容器中各項發生變化的是cd，答案選cd。

②根據題意，υ（NO）==0.2mol/（L·min）。

（2）①將兩個反應編號，N2(g) + O2(g) = 2NO(g)　　　△H= +180.5 kJ·mol-1（①式）

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

應用蓋斯定律，②式-①式得，2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=（-571.6kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-752.1kJ/mol，反應的熱化學方程式為：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=-752.1kJ/mol。該反應的ΔH0，ΔS0，要使ΔG=ΔH-TΔS0，該反應在低溫下自發進行。

②由圖可見，T2、S1比T1、S1先出現拐點，T2、S1達到平衡的時間小于T1、S1達到平衡的時間，則T2T1；T2、S1平衡時c（NO）大于T1、S1平衡時c（NO），溫度升高NO濃度增大，平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，ΔH0。根據題意：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，若催化劑的表面積S1＞S2，則T1、S2達到平衡的時間大于T1、S1；催化劑不能使化學平衡發生移動，T1、S2達到平衡時c（NO）與T1、S1平衡時相等；圖像為。

（3）①a項，在恒壓容器中容器內的壓強始終不變，容器內壓強不再發生變化不能說明反應達到平衡狀態；b項，混合氣體的總質量始終不變，該氣體的正反應為氣體分子數減小的反應，建立平衡的過程中混合氣體的物質的量減小，恒溫恒壓容器中混合氣體的體積減小，混合氣體的密度增大，平衡時混合氣體的體積不再變化，混合氣體的密度不再變化，混合氣體的密度不再發生變化表明反應達到平衡狀態；c項，達到平衡時3υ正（N2）=υ逆（H2），υ正（N2）=3υ逆（H2）反應沒有達到平衡狀態；d項，混合氣體的總質量始終不變，該氣體的正反應為氣體分子數減小的反應，建立平衡的過程中混合氣體的物質的量減小，混合氣體的平均相對分子質量增大，平衡時混合氣體的物質的量不變，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，混合氣體的平均相對分子質量不再發生變化表明反應達到平衡狀態；能說明反應達到平衡狀態的是bd，答案選bd。

②用三段式，設開始到平衡轉化N2物質的量為xmol

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

n（起始）（mol） 9 23 0

n（轉化）（mol） x 3x 2x

n（平衡）（mol） 9-x 23-3x 2x

則100%=60%，解得x=6，則平衡時N2、H2、NH3物質的量依次為3mol、5mol、12mol，N2、H2、NH3物質的量分數依次為15%、25%、60%，則N2的平衡分壓為60MPa15%=9MPa。H2、NH3的平衡分壓依次為15MPa、36MPa，平衡常數Kp=362（9153）=0.043。