Question

汽車內燃機工作時產生的電火花和高溫會引起反應：N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g)，導致汽車尾氣中的NO和NO₂對大氣造成污染。
（1）在不同溫度（T₁，T₂）下，一定量的NO分解產生N₂和O₂的過程中N₂的體積分數隨時間t變化如右圖所示。根據圖像判斷反應N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)為_________反應（填“吸熱”或“放熱”），隨著溫度的升高，該反應的平衡常數K________（填“增大”“減小”或“不變”，平衡向________移動（填“向左”“向右”或“不”）。

（2）某溫度時，向容積為1L的密閉容器中充入5mol N₂與2．5molO₂,發生N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g)反應，2min后達到平衡狀態，NO的物質的量為1mol，則2min內氧氣的平均反應速率為_________，該溫度下，反應的平衡常數K=________。該溫度下，若開始時向上述容器中加入的N₂與O₂均為1mol，則N₂的平衡濃度為_______mol/L。
（3）為避免汽車尾氣中的有害氣體對大氣的污染，給汽車安裝尾氣凈化裝置。凈化裝置里裝有含Pd等過渡元素的催化劑，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的機理如右圖所示
。
寫出上述變化中的總化學反應方程式：________________________________________。
（4）用催化還原的方法也可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－574kJ/mol
CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160kJ/mol
寫出CH₄還原NO₂至N₂的熱化學方程式_______________________________________。

Answer 1

（14分）（1）吸熱（2分）；增大（1分）；向右（1分）
（2）0．25mol/(L·min)（2分）；（2分）；（2分）
（3）2NO＋O₂＋4CO4CO₂＋N₂（2分）
（4）CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－867kJ/mol（2分）

試題分析：（1）根據圖象判斷，T₂曲線先到達平衡，因此反應速率大，溫度較高。而溫度升高，氮氣的體積分數減小，說明升高溫度平衡向正反應移動，升高溫度向吸熱方向進行，故正反應為吸熱反應；正方應吸熱，因此隨著溫度的升高，平衡向正反應方向移動，即向右移動，所以該反應的平衡常數K增大。
（2）              N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)
起始濃度（mol/L）  5     2．5      0
轉化濃度（mol/L）  0．5   0．5      1
平衡濃度（mol/L）  4．5   2．0      1
所以2min內氧氣的平均反應速率為0．5mol/L÷2min＝0．25mol/(L·min)
該溫度下，反應的平衡常數K＝＝＝
若開始時向上述容器中加入的N₂與O₂均為1mol，則
N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)
起始濃度（mol/L）  1       1     0
轉化濃度（mol/L）  x       x     2x
平衡濃度（mol/L） 1－x    1－x   2x
所以根據K＝＝可知
＝
解得x＝
所以N₂的平衡濃度為mol/L
（3）NO₂為中間產物，反應物為NO、O₂、CO，產物為CO₂、N₂，所以反應的化學方程式為2NO＋O₂＋4CO4CO₂＋N₂。
（4）根據反應①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－574kJ/mol和反應②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160kJ/mol并依據蓋斯定律可知，（①＋②）÷2即得到反應CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)，所以該反應的反應熱△H＝（－574kJ/mol－1160kJ/mol）÷2＝－867kJ/mol。