Question

工业废气、汽车尾气排放出的NO_x、SO₂等是形成酸雨的主要物质，其综合治理是当前重要的研究课题。回答下列问题：

I．NO_x的消除

(1)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂条件下可发生如下反应：    2NO(g)＋2CO(g)⇌ N₂(g)＋2CO₂(g)  ΔH。

若已知：①CO的燃烧热ΔH₁＝-283.0 kJ·mol^-1

②N₂(g)＋O₂(g)⇌2NO(g)　ΔH₂＝180.5 kJ·mol^-1

则反应2NO(g)＋2CO(g)⇌N₂(g)＋2CO₂(g) 的ΔH＝________。

(2)T ℃下，向一容积不变的密闭容器中通入一定量的NO(g)和CO(g)，用气体传感器测得不同时间NO(g)和CO(g)浓度如下表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)/×10^4mol·L^-1	10.0	4.50	c1	1.50	1.00	1.00
c(CO)/×10^3mol·L^-1	3.60	3.05	c2	2.75	2.70	2.70

则c₂合理的数值为________ (填序号)。

A．2.80          B．2.95        C．3.00          D．4.20

(3)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中NO含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。下列说法正确的是________ (填序号)。

A．曲线Ⅱ中催化剂脱氮率比曲线Ⅰ中的高

B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响

C．曲线Ⅱ中的催化剂适用于450 ℃左右脱氮

D．两种催化剂均能降低活化能，但ΔH不变

II．SO₂的综合利用

(4)某研究小组对反应NO₂(g)＋SO₂(g)⇌SO₃(g)＋NO(g)　ΔH＜0进行相关实验探究。在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比[n₀(NO₂)∶n₀(SO₂)]进行多组实验(各组实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO₂的平衡转化率[α(NO₂)]。部分实验结果如图所示。

①图中A点对应温度下，该反应的化学平衡常数K＝________。

②如果将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是________。

③图中C、D两点对应的实验温度分别为T_C和T_D，通过计算判断：T_C________T_D (填“＞”“＜”或“＝”)。

Answer

－746.5kJ·mol－1 A CD 0.25 降低温度 ＝

【解析】

I．(1)根据盖斯定律计算；

(2)根据反应速率随反应进行的变化分析；

(3)根据温度、压强、催化剂对反应速率以及平衡的影响分析；

II．(4)①根据化学平衡常数的定义，列三段式计算；

②根据外界因素对平衡移动的影响分析；

③根据化学平衡常数的定义，列三段式计算平衡常数，再根据温度对平衡常数的影响分析。

I．(1)已知：CO的燃烧热ΔH1＝-283.0 kJ·mol-1，可得热化学方程式：①CO(g)+O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝-283.0 kJ·mol-1；②N2(g)＋O2(g)⇌2NO(g) ΔH2＝180.5 kJ·mol-1；根据盖斯定律可得，①×2−②得到2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g) △H＝-283.0 kJ·mol-1×2-180.5 kJ·mol-1

= −746.5kJ/mol；

(2)该反应4s时达到平衡状态，在平衡之前，反应速率逐渐减小，因此1s到2s的平均反应速率大于2s到3s的平均反应速率，即3.05−c2＞c2−2.75，解得c2＜2.9，故选A；

(3)A. 曲线Ⅱ中催化剂脱氮率与曲线Ⅰ相比，不一定高，和温度有关，图像中低温下曲线Ⅰ脱氮率较高，故A错误；

B. 该反应的正反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，脱氮率增大，故B错误；

C. 根据图像知，曲线Ⅱ中催化剂在450 ℃左右脱氮率最高，则曲线Ⅱ中的催化剂适用于450 ℃左右脱氮，故C正确；

D. 两种催化剂均能降低活化能，加快反应速率，但ΔH不变，故D正确；

II．(4)①A点的原料气配比为0.4，NO2的平衡转化率为50%，则可列出三段式(单位为mol/L)：

，故该温度下，反应的化学平衡常数；

②C点和B点原料气配比相同，B点NO2的平衡转化率大于C点，说明将C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，平衡向正反应方向移动，该反应是正反应气体分子数不变的放热反应，故应采取的措施是降低温度；

③C点的原料气配比为1，NO2的平衡转化率为50%，则可列出三段式(单位为mol/L)：

，故TC温度下，反应的化学平衡常数；D点的原料气配比为1.5，NO2的平衡转化率为40%，则可列出三段式(单位为mol/L)：

，故TD温度下，反应的化学平衡常数；TC和TD温度下，反应的化学平衡常数相等，又温度不变，平衡常数不变，故TC=TD。