Question

20．汽車尾氣是導(dǎo)致霧霾天氣的重要源頭之一，其含有的NO（g）和CO（g）在一定溫度和催化劑條件下可發(fā)生反應(yīng)．
（一）已知：反應(yīng)l：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁   K₁
反應(yīng)2：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂ （g）△H₂   K₂
反應(yīng)3：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+CO₂（g）△H₃   K₃
則反應(yīng)3的焓變△H₃=2△H₂-△H₁（用△H₁和△H₂表示） 平衡常數(shù)K₃=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$（用K₁和K₂表示）．
（二）向1.0L恒容密閉容器中，充入N₂O（g）和CO（g），可發(fā)生如下反應(yīng)：N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），所得實驗數(shù)據(jù)如表：

實驗編號	溫度/℃	起始時物質(zhì)的量/mol		平衡時物質(zhì)的量/mol
		n（N2O）	n（CO）	n（CO2）
①	400	0.20	0.30	0.14
②	500	0.10	0.40	0.080
③	500	0.30	0.20	A
④	600	0.60	0.40	B

上述實驗編號①中，若10min時測得n（N₂）=0.12mol，則0至10min內(nèi)，用CO2表示的平均反應(yīng)速率以v（CO₂）=0.012mol•（L•min）^-1；
（2）500℃時，欲使N₂O的平衡轉(zhuǎn)化率a（N₂O）≥80%，則起始時n（N₂O）：n（CO）≤1：4．
（3）上述實驗編號④達平衡時，b＜0.24（填“＞”、“＜”或“=”），原因是該反應(yīng)△H＜0，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故b＜0.24mol．
（4）N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g）的反應(yīng)體系達到平衡后，各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化情況如如圖所示：
①若在第10min僅改變了一個條件，第20min時是在新條件下達到新的平衡狀態(tài)，則第10min 時改變的條件可能是升溫；
②比較CO在第5min和第25min時速率的大小v（5）＜v（25）（填”＞”、“＜”或“=”），你判斷的理由是相對于第5min而言，在第10min時升高了溫度，且濃度增加了，在其它條件不變時，速率會變快．

Answer 1

分析 （一）反應(yīng)l：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁ K₁
反應(yīng)2：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂ （g）△H₂ K₂
反應(yīng)3：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+CO₂（g）△H₃ K₃
結(jié)合蓋斯定律計算反應(yīng)2×2-反應(yīng)1得到；平衡常數(shù) K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$，寫出平衡常數(shù)表達式計算得到K₃；
（二）（1）若10min時測得n（N₂）=0.12mol，
                         N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol）   0.2            0.3           0               0
變化量（mol）   0.12         0.12       0.12          0.12
平衡量（mol） 0.08          0.18          0.12          0.12
則0至10min內(nèi)，用CO₂表示的平均反應(yīng)速率以v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$；
（2）結(jié)合三行計算列式計算，500℃時，欲使N₂O的平衡轉(zhuǎn)化率a（N₂O）≥80%，
                       N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 0.1            0.4           0             0
變化量（mol） 0.08         0.08          0.08         0.08
平衡量（mol） 0.02         0.12          0.08          0.08
欲使N₂O的平衡轉(zhuǎn)化率a（N₂O）≥80%，兩種反應(yīng)物增加一種會提高另一種轉(zhuǎn)化率；
（3）實驗②③溫度相同，平衡常數(shù)相同，結(jié)合平衡常數(shù)計算A的值，實驗④起始量增大一倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，溫度不變時B=2A；圖表數(shù)據(jù)計算可知溫度升高，平衡逆向進行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行；
（4）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，圖象可知10min改變條件，平衡逆向進行，說明為升高溫度；
②圖象可知5min達到平衡狀態(tài)，25min又達到平衡狀態(tài)，此時CO濃度增大，反應(yīng)速率增大．

解答 解：（一）反應(yīng)l：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁ K₁
反應(yīng)2：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂ （g）△H₂ K₂
反應(yīng)3：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+CO₂（g）△H₃ K₃
結(jié)合蓋斯定律計算反應(yīng)2×2-反應(yīng)1得到2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+CO₂（g）△H₃=2△H₂-△H₁ ，
K₁=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$，K₂=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）{c}^{\frac{1}{2}}（{O}_{2}）}$，
K₃=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{3}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$，
故答案為：2△H₂-△H₁；$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$；
（二）（1）若10min時測得n（N₂）=0.12mol，
                       N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 0.2           0.3           0             0
變化量（mol） 0.12         0.12         0.12       0.12
平衡量（mol） 0.08        0.18          0.12        0.12
則0至10min內(nèi)，用CO₂表示的平均反應(yīng)速率以v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.12mol}{1L}}{10min}$=0.012mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.012mol•（L•min）^-1；
（2）結(jié)合三行計算列式計算，500℃時，欲使N₂O的平衡轉(zhuǎn)化率a（N₂O）≥80%，
                    N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 0.2        0.3            0               0
變化量（mol） 0.12       0.12          0.12        0.12
平衡量（mol） 0.08       0.18          0.12         0.12
欲使N₂O的平衡轉(zhuǎn)化率a（N₂O）≥80%，兩種反應(yīng)物增加一種會提高另一種轉(zhuǎn)化率，所以起始時n（N₂O）：n（CO）≤1：4，
故答案為：l：4；
（3）實驗②③溫度相同，平衡常數(shù)相同，實驗②平衡常數(shù)計算，
                       N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 0.1              0.4             0            0
變化量（mol） 0.08            0.08           0.08         0.08
平衡量（mol） 0.02            0.32          0.08         0.08
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替平衡濃度計算平衡常數(shù)K=$\frac{0.08×0.08}{0.02×0.32}$=1
400°C平衡常數(shù)計算
                        N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 0.2             0.3           0            0
變化量（mol） 0.14           0.14          0.14       0.14
平衡量（mol） 0.06           0.16          0.14       0.14
K=$\frac{0.14×0.14}{0.16×0.06}$=$\frac{49}{24}$＞1，說明溫度越高平衡逆向進行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
結(jié)合500°C平衡常數(shù)計算A的值，
                       N₂O（g）+CO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 0.3              0.2           0             0
變化量（mol） x                  x              x                x
平衡量（mol） 0.3-x         0.2-x           x             x
$\frac{{x}^{2}}{（0.3-x）（0.2-x）}$=1
x=0.12
實驗④起始量增大一倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，溫度不變時B=2A=0.24；圖表數(shù)據(jù)和計算可知溫度升高，平衡逆向進行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行，b＜0.24mol，
故答案為：＜；該反應(yīng)△H＜O，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故b＜0.24mol；
（4）①若在第10min僅改變了一個條件，第20min時是在新條件下達到新的平衡狀態(tài)，過程中反應(yīng)物濃度增大，生成物濃度減小，說明平衡逆向進行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，改變的條件可以是升高溫度偏高逆向進行，
故答案為：升溫；
②圖象分析比較CO在第5min和第25min時速率的大小v（5）＜v（25），判斷的理由是：相對于第5min而言，在第10min時升高了溫度，且濃度增加了，在其它條件不變時，速率會變快，
故答案為：＜；相對于第5min而言，在第10min時升高了溫度，且濃度增加了，在其它條件不變時，速率會變快．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、平衡常數(shù)計算、平衡常數(shù)影響因素分析，主要是圖象的理解應(yīng)用和平衡常數(shù)隨溫度變化的特征性質(zhì)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．