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11.近年来全国各地长期被雾霾笼罩,雾霾颗粒中汽车尾气占20%以上.已知汽车尾气中的主要污染物为NOx、CO、燃烧源超细颗粒(PM2.5)等由害物质.目前,已研究出了多种消除汽车尾气污染的方法.
(1)催化剂存在时用H2将NO还原为N2.
已知:
则H2还原NO生成氮气和水蒸气的热化学方程式是:2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)△H=-665 kJ•mol-1.
(2)用活性炭还原处理氮氧化物,有关反应为
C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)△H
在2L恒容密闭器中加入足量的C与NO反应,所得实验数据如表
实验编号温度/°C起始时NO的物质的量/mol平衡时N2的物质的量/mol
17000.400.09
28000.240.08
38000.20a
①写出该反应的平衡常数表达式$\frac{c({N}_{2})c(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)}$.
②结合表中数据,判断该反应的△H>0(填“>”或“<”),理由是计算700°C和800°C的平衡常数K1<K2,所以△H>0.
③实验3达到平衡时,NO的转化率为67%.(保留2位有效数字)
④根据实验2数据,假设反应在t1时刻达到平衡,若t2时刻保持温度不变,将容器体积压缩至原来一半,请在图中作出整个过程中CO2的体积分数(CO2)随时间变化的曲线.

分析 (1)根据能量变化图,则反应断键共吸收2×630+2×436=2132kJ,形成共放出945+4×463=2797kJ,所以该反应共放出2797-2132=665kJ的热量;
(2)①平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积;
②依据按1和实验2计算平衡状态的平衡常数判断升温平衡移动方向,结合平衡移动原理方向判断;
③依据温度不变平衡常数不变,结合平衡三段式列式计算,转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%;
④若t2时刻保持温度不变,将容器体积压缩至原来一半,相当于增大压强,C(g)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g),反应前后气体条件不变,所以改变压强平衡不变,含量不变,据此画出变化图象.

解答 解:(1)根据能量变化图,则反应断键共吸收2×630+2×436=2132kJ,形成共放出945+4×463=2797kJ,所以该反应共放出2797-2132=665kJ的热量,热化学方程式为2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)△H=-665 kJ•mol-1,
故答案为:2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)△H=-665 kJ•mol-1;
(2)①平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积,表达式为:$\frac{c({N}_{2})c(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)}$,
故答案为:$\frac{c({N}_{2})c(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)}$;
②依据按1和实验2计算平衡状态的平衡常数判断升温平衡移动方向,
            C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)
起始量(mol/L)     0.2      0      0
变化量(mol/L)     0.09    0.045   0.045
平衡量(mol/L)     0.11    0.045   0.045
K1=$\frac{0.045×0.045}{0.1{1}^{2}}$=0.167
               C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)
起始量(mol/L)       0.12       0      0
变化量(mol/L)       0.08      0.04   0.04
平衡量(mol/L)       0.04      0.04   0.04
K2=$\frac{0.04×0.04}{0.0{4}^{2}}$=1>K1
升温平衡常数增大说明反应为吸热反应,△H>0,
故答案为:>,计算700°C和800°C的平衡常数K1<K2,所以△H>0;
③依据温度不变平衡常数不变,结合平衡三段式列式计算,
             C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)
起始量(mol/L)     0.1      0      0
变化量(mol/L)     a       0.5a   0.5a
平衡量(mol/L)     0.1-a   0.5a  0.5a
K=$\frac{0.5a×0.5a}{(0.1-a)^{2}}$=1
a=$\frac{1}{15}$
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{\frac{1}{15}}{0.1}$×100%=67%,
故答案为:67%;
④若t2时刻保持温度不变,将容器体积压缩至原来一半,相当于增大压强,C(g)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g),反应前后气体条件不变,所以改变压强平衡不变,含量不变,据此画出变化图象为:,
故答案为:.

点评 本题考查了化学平衡的计算应用,平衡常数,影响因素分析,图象绘制,掌握平衡移动原理和平衡计算方法是解题关键,题目难度中等.

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   浓度/mol•L-1
时间/min
NON2CO2
00.10000
100.0580.0210.021
200.0500.0250.025
300.0500.0250.025
400.0360.0320.010
500.0360.0320.010
①T1℃时,该反应的平衡常数K=0.25(保留两位小数).
②前10min内用v(NO)表示的化学反应速率为0.0042mol/(L.min);30min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是降低CO2浓度.
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