Question

汽車內燃機工作時產生的高溫會引起N₂和O₂發生反應生成NO氣體，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一．
（1）如圖表示在T₁、T₂兩種不同溫度下，一定量的NO發生反應：2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）．反應過程中N₂的體積分數隨時間變化的圖象．升高溫度，該反應的平衡常數K將

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）2000℃時，向容積為2L的密閉容器中充入10mol N₂與5mol O₂，達到平衡后NO的物質的量為2mol，則2000℃時該反應的平衡常數K的數值為

1

9

．該溫度下，若開始時向上述容器中充入N₂與O₂均為1mol，則達到平衡后N₂的轉化率為

1

7

或14.3%

．
（3）研究發現，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為

867

kJ．

Answer 1

分析：（1）根據“先拐先平數值大”知，T₁＜T₂，升高溫度氮氣的體積分數減小，平衡向逆反應方向移動，根據反應物和生成物濃度的變化判斷K的變化；
（2）平衡常數為產物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪的乘積的比，所以該反應平衡常數為k=

C2(NO)

C(N2)C(O2)

利用三段式求出反應混合物各組分物質的量的變化量、平衡時反應混合物各組分物質的量，再求出平衡濃度，代入平衡常數表達式計算；
令N₂轉化的物質的量為xmol，利用三段式求出反應混合物各組分物質的量的變化量、平衡時反應混合物各組分物質的量，再求出平衡濃度，代入平衡常數列方程，求出x值，再根據轉化率定義計算．
（3）先將兩個方程式相加得甲烷轉化為氮氣的方程式，根據甲烷和熱量的關系計算放出的熱量．

解答：解：（1）根據“先拐先平數值大”知，T₁＜T₂，升高溫度氮氣的體積分數減小，平衡向逆反應方向移動，反應物濃度增大，生成物濃度減小，平衡常數K減小；
故答案為：減小；
（2）利用三段式求出反應混合物各組分物質的量的變化量、平衡時反應混合物各組分物質的量．
              N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：10       5         0
反應（mol）：1        1         2
平衡（mol）：9        4         2
所以平衡常數k=

C2(NO)

C(N2)C(O2)

=

2mol 2L

9mol 2L . 4mol 2L

=

1

9

令N₂轉化的物質的量為xmol，則
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：1      1              0
反應（mol）：x      x              2x
平衡（mol）：1-x   1-x            2x
所以

2xmol 2L

(1-x)mol 2L . (1-x)mol 2L

=

1

9

解得x=

1

7

，N₂的轉化率為

1 7 mol

1mol

×100%=14.3%；
故答案為：

1

9

（或0.11），

1

7

（或14.3%）；
（3）設放出的熱量為y．
將兩個方程式CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1、CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1相加得：
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734kJ?mol^-1
2mol                                           1734KJ
1mol                                              y                                             
y=867KJ
故答案為：867．

點評：本題考查了化學平衡的有關計算、反應熱的計算等知識點，根據三段式法進行化學平衡的有關計算、根據物質的量與熱量的關系式計算放出的熱量即可，注意化學平衡常數有溫度有關，與化學反應方程式的書寫有關，為易錯點．