Question

對大氣污染物SO₂、NO_x進行研究具有重要環保意義。請回答下列問題：

（1）為減少SO₂的排放，常采取的措施是將煤轉化為清潔氣體燃料。

已知：H₂（g）＋O₂（g）＝H₂ O（g）   △H＝－241.8kJ·mol^－1

C（s）＋O₂（g）＝CO（g）    △H＝－110.5kJ·mol^－1

寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：                                   。

（2）已知汽缸中生成NO的反應為：N₂（g）＋O₂（g）2NO（g） △H0，若1.0 mol空氣含0.80 mol N₂和0.20 mol O₂，1300^oC時在1.0 L密閉容器內經過5s反應達到平衡，測得NO為8.0×10^－4 mol。

①5s內該反應的平均速率ν（NO） ＝            （保留2位有效數字）；在1300^oC 時，該反應的平

衡常數表達式K＝                。

②汽車啟動后，汽缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是                        。

（3）汽車尾氣中NO和CO的轉化。當催化劑質量一定時，增大催化劑固體的表面積可提高化學反應速率。右圖表示在其他條件不變時，反應2NO（g）＋2CO（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（并作相應標注）。

 

Answer 1

【答案】

（1）C（s） + H₂O（g） = CO（g） + H₂（g） △H＝＋131.3kJ·mol^-1   （3分，化學式、狀態錯誤0分；焓變數值、單位錯漏扣1分；計量數用分數表示與焓變相匹配也給分）

（2）①1.6×10^－4 mol/（L·s）（2分，單位或有效數字錯漏扣1分）；（2分）

 ② 溫度升高，反應速度加快（2分），平衡向右移動（2分）

（3）① ＜（2分） ②見圖：（3分,其中曲線2分，標注1分）

【解析】

試題分析：（1）已知：①H₂（g）＋O₂（g）＝H₂ O（g）   △H＝－241.8kJ·mol^－1，②C（s）＋O₂（g）＝CO（g）    △H＝－110.5kJ·mol^－1，則根據蓋斯定律可知②－①即得到熱化學方程式C（s） + H₂O（g） = CO（g） + H₂（g），所以該反應的反應熱△H＝－110.5kJ·mol^－1＋241.8kJ·mol^－1＝＋131.3kJ·mol^-1。

（2）①1300^oC時在1.0 L密閉容器內經過5s反應達到平衡，測得NO為8.0×10^－4 mol，則反應中生成NO的濃度是8.0×10^－4 mol/L，因此5s內該反應的平均速率ν（NO）＝8.0×10^－4 mol/L÷5s＝1.6×10^－4 mol/（L·s）。化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據方程式N₂（g）＋O₂（g）2NO（g）可知，該溫度下該反應的平衡常數表達式K＝。

②N₂（g）＋O₂（g）2NO（g） △H0，這說明該反應是吸熱反應。升高溫度，反應速率增大，平衡向正反應方向移動，因此NO的排放量增大。

（3）①根據圖像可知，在固體催化劑的表面積不變的情況下，溫度為T₂的曲線首先達到平衡狀態。溫度高反應速率快，到達平衡的時間少。因此溫度是T₂＞T₁。但溫度高平衡時NO的濃度大，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應，即△H＜0。

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，但催化劑不能改變平衡狀態。所以若催化劑的表面積S₁＞S₂，則在溫度為T₁時，達到平衡的時間增加，但平衡狀態不變，因此圖像為。

考點：考查熱化學方程式的書寫、反應速率的計算、平衡常數表達式、外界條件對平衡狀態的影響以及圖像識別