Question

【題目】汽車尾氣是城市的主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣成為保護環境的首要任務。在汽車上安裝三效催化轉化器，可使汽車尾氣中的主要污染物進行相互反應，生成無毒物質；或者使用新型燃料電池作汽車動力，減少汽車尾氣污染。

（1）H2或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的。

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 。

（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：2CO(g)+2NO(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。

① 該反應的△H 0 (填“＞”或“＜”)。

② 若催化劑的表面積S1＞S2 ，在右圖中畫出c (NO) 在T1、S2 條件下達到平衡過程中的變化曲線。

（3）在某溫度時，按下列流程探究某種催化劑作用下的反應速率，用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間/s	0	1	2	3	4
c (NO)(×10-3 mol·L－1)	1.00	0.50	0.20	0.10	0.10
c (CO)(×10-3 mol·L－1)	3.00	2.50	2.20	2.10	2.10

不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響，按要求完成以下計算(寫出計算過程，只寫出計算結果的不給分)：

①計算前2s內的△c (CO2) ；

②計算前2s內的平均反應速率v (N2) ；

③計算達到平衡時NO的轉化率。

Answer 1

【答案】（1）2H2(g)+2NO(g) =N2(g)+2H2O(l) △H =-752.1kJ·mol－1

（2 ①△c (CO2)= 0.80 mol·L－1;

②v (N2)= △c (N2)/ △t=0.20 mol·L－1·s－1；

③平衡時NO的轉化率為(1.00-0.10)/1.00×100%=90%。

【解析】

試題分析：（1）①已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ/mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6 kJmol-1

依據蓋斯定律可知②-①得：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H，

△H=(-571.6kJ/mol)-180.5kJ/mol═-752.1kJ/mol；由于正反應放熱(△H＜0)，且正反應方向氣體體積減小，為熵減小的方向，即△S＜0，△H-T△S＜0，反應自發進行，所以T較小才可以，即低溫下自發，故答案為：2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=-752.1kJ/mol；

（2）①溫度T2到達平衡的時間短，反應速率快，故溫度T2＞T1，溫度越高，平衡時NO的濃度越高，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；

②催化劑的表面積S1＞S2，則催化劑S1到達平衡的時間比催化劑S2短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，故c(NO) 在T1、S2條件下達到平衡過程中的變化曲線為

，

（3） 2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)

起始濃度(×10-3 mol·L－1) 3.00 1.00 0 0

2s末濃度(×10-3 mol·L－1) 2.20 0.20 0.80 0.40

2s變化濃度(×10-3 mol·L－1)0.80 0.80 0.80 0.40

平衡濃度(×10-3 mol·L－1) 2.10 0.10 0.90 0.45

①△c (CO2)= 0.80 mol·L－1，故答案為：0.80 mol·L－1；

②v (N2)= △c (N2)/ △t=0.20 mol·L－1·s－1，故答案為：0.20 mol·L－1·s－1；

③平衡時NO的轉化率為(1.00-0.10)/1.00×100%=90%，故答案為：90%。