Question

4．汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一，汽車三元催化器中的催化劑將增強汽車尾氣中 CO、C、H，和NO三種氣體的活性．使它們相互反應生成無污染氣體除去，
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）十2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g），在密閉容器中發生該反應反位時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如圖所示．據此判斷：
①汽車三元催化器正常工作時出氣口溫度通常比進氣口溫度高（填“高”或“低”）．
②在T₂溫度下，0～2s內的平均反應速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．
③當固體催化劑的質量-定時．增大其表面積可提高催化劑效能，若等質量的催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
（2）C₂H₂也可在催化劑作用下還原NO，從而消除氫氧化物的污染．
①已知甲烷還原NO的過程：CH₄（g）十 4NO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2N₂（g）十CO₂（ g）十 2H₂0（g）△H＜0
該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}0）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$：溫度升高K值減小（填“增大”或“減小”）．
②一定條件下，將CH₄（g）和NO₂（g）置于密閉容器中，也可以發生化學反應：
CH₄（g）+2NO₂（g ）$\stackrel{催化劑}{?}$N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，能提高NO₂轉化率的措施有bc（填選項序號）．
a．增加原催化劑的表面積  b．降低溫度   c．減小投料比[$\frac{n（N{O}_{2}）}{n（C{H}_{4}）}$]d．增大壓強．

Answer 1

分析 （1）①根據溫度對平衡移動的影響判斷反應的熱效應；
②由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算計算v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（N₂）；
③接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同；
（2）①根據平衡常數等于生成物濃度的系數次冪之積除以反應濃度系數次冪之積寫平衡常數的表達式，根據溫度對平衡移動的影響判斷反應的平衡常數的變化；
②根據化學平衡移動影響因素判斷．

解答 解：（1）①根據圖可知，可知T₁＞T₂，溫度越高n（CO₂）越小，平衡逆向移動，所以該反應的正反應方向△H＜0，即為放熱反應，所以出氣口溫度通常比進氣口溫度高，
故答案為：高；
②由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），速率之比等于化學計量數之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.1mol/（L•s）=0.05mol/（L•s），
故答案為：0.05mol/（L•s）；
③接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
（2）①根據平衡常數等于生成物濃度的系數次冪之積除以反應濃度系數次冪之積，所以K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}0）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$，該反應為放熱反應，溫度時平衡逆向移動，所以平衡常數減小，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}0）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$；減小；
②a．增加原催化劑的表面積，同時加快正逆反應速率，化學平衡不移動，故錯誤；
b．該反應△H＜0，正反應方向放熱，降低溫度向正反應方向進行，可提高轉化率，故正確；
c．減小投料比，則相當于增大了甲烷濃度，可提高NO₂轉化率，故正確；
d．反應前后氣體體積之和相同，增大壓強化學平衡不發生移動，故錯誤；
故選：bc．

點評 本題考查影響化學平衡移動的因素和化學平衡常數的表達和應用，難度不大，注意分析化學平衡中有關曲線的變化規律，仔細觀察圖象．