Question

5．用NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．
已知：反應I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反應II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂ （且|△H₁|=2|△H₂|）
反應III：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）△H₃
反應I和反應II在不同溫度時的平衡常數及其大小關系如下表

溫度/K	反應I	反應II	已知： K2＞K1＞K2′＞K1′
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）推測反應III是吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”）
（2）相同條件下，反應I在2L密閉容器內，選用不同的催化劑，反應產生N₂的量隨時間變化如圖1所示．
①計算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應速率v（NO）=0.375mol•L^-1min^-1．
②下列說法正確的是CD．
A．該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．增大壓強能使反應速率加快，是因為增加了活化分子百分數
C．單位時間內H-O鍵與N-H鍵斷裂的數目相等時，說明反應已經達到平衡
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發生反應，當K值不變時，說明反應已經達到平衡
（3）一定條件下，反應II達到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它條件不變時，再充入NO₂氣體，分析NO₂體積分數--φ（NO₂）的變化情況：（填“變大”、“變小”或“不變”）恒溫恒壓容器，φ（NO₂）不變；恒溫恒容容器，φ（NO₂）變大．
（4）一定溫度下，反應III在容積可變的密閉容器中達到平衡，此時容積為3L，c（N₂）與反應時間t變化曲線X如圖2所示，若在t₁時刻改變一個條件，曲線X變為曲線Y或曲線Z．則：
①變為曲線Y改變的條件是加入催化劑．變為曲線Z改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L．

②若t₂降低溫度，t₃達到平衡，請在上圖中畫出曲線X在t₂-t₄內 c（N₂）的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應Ⅰ為放熱反應，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應II為放熱反應，△H₂＜0；反應I-反應II×3得到反應III，則△H₃=△H₁-3△H₂，據此分析；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，根據v（NO）=$\frac{△c}{△t}$計算；
②A．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低；
B．改變壓強，活化分子百分數不變；
C．單位時間內H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應已經達到平衡；
D．該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減小；
（3）恒溫恒壓容器，再充入NO₂氣體，則與原來的平衡為等效平衡；若恒溫恒容容器中，再充入NO₂氣體，容器中壓強增大，則平衡正向移動；
（4）①圖象分析曲線X變化為曲線Y是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變的恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線X變為曲線Z時N₂物質的量濃度增大，可變容器中氣體體積和濃度成反比；
②反應III為吸熱反應，若t₂降低溫度，則平衡逆向移動，氮氣的濃度減小．

解答 解：（1）已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應Ⅰ為放熱反應，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應II為放熱反應，△H₂＜0；反應I-反應II×3得到反應III，則△H₃=△H₁-3△H₂，已知|△H₁|=2|△H₂|，所以△H₃=△H₁-3△H₂=|△H₂|＞0，即反應III為吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，所以v（NO）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{4min}$=0.375mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.375mol•L^-1•min^-1；
②A．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低，所以該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A錯誤；
B．增大壓強能使反應速率加快，是因為增大了活化分子數，而活化分子百分數不變，故B錯誤；
C．單位時間內H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時間內H-O鍵與N-H鍵斷裂的數目相等時，則消耗的NH₃和消耗的水的物質的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應已經達到平衡，故C正確；
D．該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減小，當K值不變時，說明反應已經達到平衡，故D正確；
故答案為：CD；
（3）一定條件下，反應II2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）達到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它條件不變時，恒溫恒壓條件下，再充入NO₂氣體，則與原來的平衡為等效平衡，則NO₂體積分數與原來平衡相同；若恒溫恒容容器中，再充入NO₂氣體，容器中壓強增大，與原來平衡相比較，平衡正向移動，則NO₂體積分數變大；
故答案為：不變；變大；
（4）①分析圖象可知曲線X變化為曲線Y是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，反應中體積是可變的，已知是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑，當曲線X變為曲線Z時N₂物質的量濃度增大，可變容器中氣體體積和濃度成反比，曲線X，體積為3L，N₂濃度為3mol/L，改變條件當曲線X變為曲線Z時，N₂濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；
故答案為：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L；
②反應III為吸熱反應，若t₂降低溫度，則平衡逆向移動，氮氣的濃度減小，在t₃達到平衡，曲線X在t₂-t₄內 c（N₂）的變化曲線為，
故答案為：．

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷、平衡常數的應用、反應速率計算、平衡狀態的判斷等，題目難度較大，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．