Question

17．某市對大氣進行檢測，發現該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5um的懸浮顆粒物）其主要來源為燃燒、機動車尾氣等．因此，對PM2.5、SO₂、NO等進行研究具有重要意義．回答下列問題：
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180KJ/mol
CH₄可用于燃燒脫硝，CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l）△H=-1250.3kJ/mol．
（2）汽車尾氣中NO_x和CO的生成及轉化
①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
汽車啟動后，氣缸溫度較高，單位時間內NO排放量越大，原因是溫度升高，反應速率加快；溫度升高，有利于平衡反應正向進行．
②汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想按下列反應除去CO；
2CO（g）═2C（s）+O₂（g）已知反應的△H＞0，簡述該設想能否實現的依據否，該反應是焓增、熵減的反應，任何溫度下均不能自發進行．
③目前，在汽車尾氣系統中安裝催化轉化器可減少CO和NO的污染，其化學方程式為2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．
（3）一定溫度下，在密閉容器中反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.20KJ/mol達到平衡．其他條件不變時，下列措施能提高NO₂轉化率的是bc（填字母）
a．減小NO₂的濃度    b．降低溫度    c．增加NO₂的濃度     d．升高溫度
在一定溫度和壓強下，密閉容器中N₂O₄和NO₂的混合氣體達到平衡時，c（N₂O₄）=0.0120mol/L（已知2NO₂（g）?N₂O₄（g）反應在該溫度下的平衡常數K=$\frac{40}{3}$）．計算平衡時NO₂物質的量濃度為0.030mol/L．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
根據蓋斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），據此計算；
（2）①依據影響化學反應速率和化學平衡的因素分析判斷；
②依據反應自發進行的條件是△H-T△S＜0分析判斷；
③在汽車尾氣系統中安裝催化轉化器可將CO和NO轉化為氮氣和二氧化碳；
（3）該反應是反應前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應，要提高二氧化氮的轉化率，只要改變條件使化學平衡向正反應方向移動即可；
根據平衡常數表達式結合三行式來計算物質的平衡濃度．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1，②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
根據蓋斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H=-890.3kJ•mol^-1-2×（+180kJ•mol^-1）=-1250.3 kJ•mol^-1，
故答案為：-1250.3kJ/mol；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0，反應時氣體體積不變的吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡右移，單位時間內NO排放量越大；
故答案為：溫度升高，反應速率加快；溫度升高，有利于平衡反應正向進行；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0，反應是焓變增大，熵變減小的反應，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應任何溫度下都不能自發進行；
故答案為：否，該反應是焓增、熵減的反應，任何溫度下均不能自發進行；
③在汽車尾氣系統中安裝催化轉化器可減少CO和NO的污染，生成產物為二氧化氮和氮氣，反應的化學方程式為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂；
（3）該反應是反應前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應，要使該反應向正反應方向移動，可改變反應物的濃度、體系的壓強、溫度等．
a．減小N0₂的濃度，平衡向逆反應方向移動，N0₂的轉化率降低，故a錯誤；
b．降低溫度，平衡向正反應方向移動，N0₂的轉化率提高，故b正確；
c．增加N0₂的濃度，平衡向正反應方向移動，且體系壓強增大，也利于反應向正反應方向移動，故c正確；
c．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，N0₂的轉化率降低，故c錯誤；
根據題意知平衡時：c（N₂O₄）=0.0120mol/L，設c（NO₂）=xmol/L，則 K=$\frac{0.012}{{x}^{2}}$=$\frac{40}{3}$，解得：x=0.030mol/L，
故答案為：bc；c（NO₂）=0.030mol/L．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡計算、反應熱與焓變、氮的氧化物性質應用等知識，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律的內容及應用方法，明確化學平衡常數的概念及表達式，試題培養了學生的分析、理解能力及化學計算能力．