Question

【題目】汽車發動機工作時會產生包括CO、NOx等多種污染氣體，涉及到如下反應:

①N2(g)+O2(g)2NO(g)

②2NO(g)+O2(g)2NO2(g)

③NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)

弄清上述反應的相關機理，對保護大氣環境意義重大，回答下列問題:

(1)請根據下表數據填空：N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H=________。

物質	N2	O2	NO
能量(kJ)	946	497	811.25

(斷開1mol物質中化學鍵所需要的能量)

(2)實驗測得反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H<0的即時反應速率滿足以下關系式：

v正=k正·c2(NO)·c(O2)；v逆=k逆·c2(NO2)，k正、k逆為速率常數，受溫度影響

①溫度為T1時，在1L的恒容密閉容器中，投入0.6 molNO和0.3 molO2達到平衡時O2為0.2 mol；溫度為T2時，該反應存在k正=k逆，則T1_______ T2 (填“大于”、“小于”或“等于”)。

②研究發現該反應按如下步驟進行：

第一步：NO+NON2O2 快速平衡 第二步：N2O2 +O22NO2 慢反應

其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡，第一步反應中：v1正=k1正×c2(NO)；v1逆=k1逆×c(N2O2)

下列敘述正確的是______

A.同一溫度下，平衡時第一步反應的越大反應正向程度越大

B.第二步反應速率低，因而轉化率也低

C.第二步的活化能比第一步的活化能低

D.整個反應的速率由第二步反應速率決定

(3)科學家研究出了一種高效催化劑，可以將CO和NO2兩者轉化為無污染氣體，反應方程式為：2NO2(g)+4CO(g) =4CO2(g)+N2(g) △H<0

某溫度下，向10L密閉容器中分別充入0.1molNO2和0.2 molCO，發生上述反應，隨著反應的進行，容器內的壓強變化如下表所示：

時間/min	0	2	4	6	8	10	12
壓強/kPa	75	73.4	71.95	70.7	69.7	68.75	68.75

回答下列問題：

①在此溫度下，反應的平衡常數Kp=_________kPa-1(Kp為以分壓表示的平衡常數，計算結果精確到小數點后2位)；若保持溫度不變，再將CO、CO2氣體濃度分別增加一倍，則平衡_____(填“右移”或“左移”或“不移動”)；

②若將溫度降低，再次平衡后，與原平衡相比體系壓強(p總)如何變化？_______(填“增大”、“減小”或“不變”)，原因是__________。

Answer 1

【答案】-179.5kJ/mol 小于 AD 0.04 不移動 減小 若溫度降低，體積不變，根據阿伏伽德羅定律，總壓強減小；同時，降低溫度，由于反應放熱，所以平衡朝正方向移動，容器內分子數減少，總壓強也減小

【解析】

(1)根據反應物的總鍵能與生成物的總鍵能的差等于反應熱可得相應反應的焓變；

(2)①計算溫度分別為T1、T2時的化學平衡常數，然后利用溫度與平衡常數的關系判斷溫度大小；

②根據化學平衡常數與速率常數的關系判斷；活化能大的反應速率慢，活化能低的反應，反應快；整個反應由進行慢的化學反應決定整個化學反應速率；物質轉化程度與轉化速率無關；

(3)①在恒容密閉容器內進行的化學反應，根據濃度比等于物質的量的比計算；根據改變物質的濃度后Qc與K的大小分析平衡移動的方向；

②降低溫度，分子運動速率減小，同時化學平衡向放熱反應方向移動，結合方程式中溫度、氣體分子數多少變化關系分析判斷。

(1)計算出①N2(g)+O2(g)=2NO(g)的△H=E(反應物鍵能)-E(生成物鍵能)=(946+497-811.25×2)kJ/mol=-179.5kJ/mol；

(2)①溫度為T1時：2NO(g)+O2(g2NO2(g)

開始(mol/L) 0.6 0.3 0

轉化(mol/L) 0.2 0.1 0.2

平衡(mol/L) 0.4 0.2 0.2

則溫度為T1時，平衡常數K1==1.25，由于平衡時v正=v逆，不難推出平衡常數等于速率常數之比，即:K1==1.25；溫度為T2時，該反應存在K2==1，K2<K1，由于反應為放熱反應，溫度越高平衡常數越小，所以T1<T2；

②A.由①分析可知，當第一步反應達平衡狀態時，V1正=V1逆，由于速率常數之比實際上就是平衡常數，平衡常數越大，反應正向進行的程度越大，A正確；

B.反應速率快慢與轉化率之間無因果關系，B錯誤；

C.相同溫度下，第一步反應快速達到平衡，第二步是慢反應，所以第二步活化能比第一步高，C錯誤；

D.整個反應的化學反應速率由第二步慢反應決定，D正確；

故合理選項是AD；

(3)①向10L密閉容器中分別充入0.1molNO2和0.2molCO，反應10min達到平衡，體系內壓強由75kPa減少到68.75kPa,則反應中各物質的濃度變化為

2NO2(g)+4CO(g) =4CO2(g)+N2(g) △H<0

開始(mol/L) 0.01 0.02 0 0

轉化(mol/L)2x 4x 4x x

平衡(mol/L) 0.01-2x 0.02-4x 4x x

根據，，解得x=0.0025mol/L；根據公式Kp=，p(A)=p(總)×，可得Kp=0.04Kpa-1；

若平衡后再將CO、CO2的濃度增加一倍，由于方程式中兩種物質的系數相同，所以Qc=K，因此化學平衡不發生移動；

②降低溫度，分子運動速率減慢，對容器的碰撞次數減小，壓強降低；同時該反應的正反應為放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，導致體系內氣體分子數減小，所以總壓強也會減小。