Question

9．2014年初霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面（S）和時間（t）的變化曲線如圖2所示．據此判斷：
①在T₂溫度下，0～2s內的平均反應速率v（N₂）=0.025mol•L^-1•s^-1．
②當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在上圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
③若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖1正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是BD．
（2）煤燃燒產生的煙氣中有含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
①已知甲烷的燃燒熱為890kJ•mol^-1；1mol水蒸氣變成液態(tài)水放熱44kJ；N₂與O₂生成NO的過程如下，

CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-612kJ•mol^-1．
②在恒壓下，將CH₄（g）和NO₂（g）置于密閉容器中，也可以發(fā)生化學反應：
CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，提高NO₂轉化率的措施有BC．
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
（3）在容積相同的兩個密閉容器內（裝有等量的某種催化劑）先各通入等量的CH₄，然后再分別充入等量的NO和NO₂．在不同溫度下，同時分別發(fā)生上述的兩個反應：并在t秒時測定其中NO_x轉化率，繪得圖象如圖3所示：
從圖中可以得出的結論是結論：在250～450℃時，NO_x轉化率隨溫度升高而增大，450～600℃時NO_x轉化率隨溫度升高而減小
推測原因是在250～450℃時，NO_x轉化率隨溫度升高而增大，反應未建立平衡，溫度升高反應一定正向進行；450～600℃（溫度較高）時，反應已達平衡，所以，溫度升高平衡逆向移動，NO_x轉化率隨溫度升高反而減�。�
結論二：相同溫度下NO的轉化率比NO₂的低．

Answer 1

分析 （1）①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v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（N₂）；
②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；
③A．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B．到達平衡后，溫度為定值，平衡常數不變，結合反應熱判斷隨反應進行容器內溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數的影響；
C．t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D．到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（2）①根據圖2寫出熱化學方程式，利用甲烷燃燒熱寫出熱化學方程式，根據1mol水蒸氣變成液態(tài)水放熱44kJ寫出熱化學方程式，再利用蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式；
②根據化學平衡移動影響因素判斷；
（3）根據圖象中氮氧化物的轉化率變化趨勢判斷；根據圖象中，兩種氮氧化物轉化率大小判斷．

解答 解：（1）①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{0.1mol/L}{2s}$0.05mol/（L•s），速率之比等于化學計量數之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②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：；
③A．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故A錯誤；
B．該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數不變，故B正確；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D、NO的質量分數為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確，
故答案為：BD；
（2）①根據圖2，舊鍵斷裂吸收能量為：945+498=1443KJ/mol，放出能量為：2×630=1260KJ/mol，則熱化學方程式為2NO=O₂+N₂△H=-1260+1443=183KJ/mol①；甲烷燃燒熱為890kJ/mol，可寫出熱化學方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-890kJ/mol②；
H₂O（g）=H₂O（l），△H=-44kJ/mol③；由蓋斯定律可知②+①×2-③×2，可得目標熱化學方程式，則△H=-890kJ/mol+183/mol×2-（44kJ/mol）×2=-612kJ•mol^-1，
故答案為：-612kJ•mol^-1；
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A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B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C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(fā)生移動，故D錯誤；
故選：BC；
（3）在250℃-450℃時，NO_x轉化率隨溫度升高而增大，說明溫度升高有利于反應的正向進行，推知反應未達化學平衡狀態(tài)，升高溫度加快反應速率，故轉化率增大；450℃-600℃（溫度較高）時，轉化率降低，即升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動；
圖象中不難看出相同溫度下NO轉化效率高于NO₂的轉化率，
故答案為：在250℃-450℃時，NO_x轉化率隨溫度升高而增大：反應未建立平衡，溫度升高反應一定正向進行；450℃-600℃（溫度較高）時，反應已達平衡，所以，溫度升高平衡逆向移動，NO_x轉化率隨溫度升高反而減��；相同溫度下NO轉化效率比NO₂的低．

點評 本題考查化學平衡圖象、化學反應速率、影響化學平衡的因素、平衡常數計算等，題目綜合性較大，較難，是對知識的綜合利用、注意基礎知識的理解掌握．