Question

NO₂是汽車尾氣中的主要污染物之一．
（1）汽車尾氣是由發動機工作時N2和O2反應引起的，其能量變化示意圖如下：

①寫出該反應的熱化學方程式：

 

②隨溫度升高，該反應化學平衡常數的變化趨勢是：

 

（填“增大”、“減小”、“不變”）
（2）通過NO傳感器可監測NO2的含量，其工作原理示意圖如下：
①Pt電極上發生的是

 

反應（填“氧化”或“還原”）．
②寫出NiO電極的電極反應式：

 

（3）某研究小組在100℃時，將0.40mol的二氧化氮氣體充入2L真空的密閉容器中，每隔一段時間對該容器內的物質進行分析，得到數據如表所示

時間（s）	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.08	0.08

①在上述條件下的，從反應開始直至20s時，二氧化氮的平均反應速率為

 

mol?L^-1
②n₃

 

n₄（填“＞”“＜”“=”），該反應的平衡常數為

 

（保留小數點后一位）
③若在相同情況下，最初向該容器中充入的是四氧化二氮氣體，要達到，上述同樣的平衡狀，四氧化二氮的起始濃度是

 

mol?L^-1，
假設在80s時達到平衡，請在圖中畫出并標明該條件下此反應中N₂O₄和NO₂的濃度隨時間變化的曲線．
④達到平衡后，如向該密閉容器中再充入0.32mol氮氣，并把容器體積擴大為4L，則平衡

 

（填“向左移動”“向右移動”或“不移動”），其理由是

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,原電池和電解池的工作原理,反應速率的定量表示方法,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據能量變化圖計算反應熱，反應熱=吸收的能量-放出的能量，再根據熱化學反應方程式的書寫規則書寫；
②升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，根據生成物和反應物濃度變化確定平衡常數變化；
（2）①得電子的物質發生還原反應；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮．
（3）①根據反應速率表達式v=

△c

△t

計算出從反應開始直至20s時，二氧化氮的平均反應速率；
②根據表中的數據可以判斷60s時已經達到了平衡狀態，據此進行判斷n₃和n₄的大��；根據平衡常數的表達式及各組分的濃度計算出該反應的平衡常數；
③根據等效平衡，按照計算出將二氧化氮完全轉化成四氧化二氮即可；根據二氧化氮和四氧化二氮及達到平衡時的濃度畫出反應中N₂O₄和NO₂的濃度隨時間變化的曲線；
④根據稀有氣體不影響各組分的濃度，容器容積增大，反應體系的儀器減小判斷．

解答： 解：（1）①該反應中的反應熱=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以其熱化學反應方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ?moL^-1，
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ?moL^-1；
②該反應的正反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，生成物濃度增大，反應物濃度減小，所以平衡常數增大，故答案為：增大；
（2）①鉑電極上氧氣得電子生成氧離子而被還原，故答案為：還原；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮，所以電極反應式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂；
（3）①從反應開始直至20s時，生成的四氧化二氮的物質的量為0.05mol，根據反應：2NO₂?N₂O₄，消耗的二氧化氮物質的量為：0.1mol，二氧化氮的反應速率為：v（NO₂）=

0.01mol 2L

20s

=0.0025mol?L^-1?s^-1，
故答案為：0.0025；
②根據表中的數據可知，60s時反應達到了平衡狀態，60s和80s時二氧化氮的物質的量相等，即n₃=n₄，
達到平衡狀態時，n（N₂O₄）=0.08mol，n（NO₂）=0.4mol-0.08mol×2=0.24mol，二者濃度分別為：c（N₂O₄）=

0.08mol

2L

=0.04mol/L，c（NO₂）=

0.24mol

2L

=0.12mol/L，該該反應在該溫度下的平衡常數為：

0.04

0.122

≈2.8，
故答案為：=；2.8；
③若在相同情況下，最初向該容器中充入的是四氧化二氮氣體，要達到上述同樣的平衡狀態，說明兩個反應為等效平衡，根據反應方程式，需要四氧化二氮的物質的量為：0.40mol×

1

2

=0.20mol，c（N₂O₄）=

0.20mol

2L

=0.10mol/L，反應開始時，c（N₂O₄）=0.10mol/L，c（NO₂）=0，之后二氧化氮濃度逐漸增加，四氧化二氮濃度逐漸減小，達到平衡時，根據（2）可知，c（N₂O₄）=0.04mol/L，c（NO₂）=0.12mol/L，據此畫出反應中N₂O₄和NO₂的濃度隨時間變化的曲線為：，故答案為：0.10；；
④達到平衡后，如向該密閉容器中再充入0.32mol氦氣，稀有氣體不影響各組分的濃度，由于把容器體積擴大為4L，反應體系的壓強減小，平衡向著體積增大的方向移動，即向左移動，
故答案為：向左移動；氦氣不影響各組分的濃度，把容器體積擴大為4L，反應體系的壓強減小，平衡向著體積增大的方向移動，即向左移動．

點評：本題考查了化學反應速率與化學計量數的關系、化學平衡的影響因素、化學平衡常數的計算等知識，題目難度中等，涉及的知識點較多，充分考查了學生對所學知識的掌握情況及靈活應用能力．