Question

3．汽車尾氣中含有NO、CO和碳顆粒等有害物質(zhì)，已成為某些大城市空氣的主要污染源．
（1）汽車燃料中一般不含氮元素，汽缸中生成NO的原因為（用化學方程式表示為可逆反應）N₂+O₂2NO；汽車啟動后，汽缸內(nèi)溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，試分析其原因溫度升高，反應速率加快．
（2）治理汽車尾氣中NO和CO污染的一種方法是將其轉(zhuǎn)化為無害的CO₂和N₂，反應原理為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0 某研究小組在三個容積均為5L的恒容密閉容器中，分別充入0.4mol NO和0.4molCO，在三種不同實驗條件下進行上述反應（體系各自保持溫度不變），反應體系總壓強隨時間的變化如圖所示：
①計算實驗Ⅱ從開始至達到平衡時的反應速率v（N0）=1.75×10^-3mol•L^-1•min^-1．
②圖中三組實驗從開始至達到平衡時的反應速率v（NO）由大到小的順序為Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ（填實驗序號）．
③與實驗Ⅱ相比，實驗I和實驗Ⅲ分別僅改變一種反應條件，所改變的條件和判斷的理由為：
實驗Ⅰ升高溫度；達到平衡的時間比Ⅱ縮短，起始壓強增大；
實驗Ⅲ加催化劑；達到平衡的時間比Ⅱ縮短，平衡沒有移動．
④三組實驗中CO的平衡轉(zhuǎn)化率a_Ⅰ（CO、）a_Ⅱ（CO）和a_Ⅲ（CO） 的大小關(guān)系為a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）＞a_Ⅰ（CO）．
⑤計算實驗Ⅲ的平衡常數(shù)K=17150．

Answer 1

分析 （1）氮與氧氣在高溫下反應生成NO；溫度升高，反應速率加快；
（2）①設(shè)參加反應NO為xmol，用三段式表示出平衡時各組分物質(zhì)的量，恒溫恒容條件下，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，據(jù)此列方程計算，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO）；
②反應速率越快，到達平衡時間越短；
③對比Ⅱ、I可知，I到達平衡時間縮短且起始壓強增大；
對比Ⅱ、Ⅲ可知，平衡時壓強不變，Ⅲ到達平衡時間縮短，改變條件反應速率加快且不影響平衡移動；
④根據(jù)③中分析的條件改變，判斷I、Ⅲ相對Ⅱ發(fā)生的平衡移動，進而判斷轉(zhuǎn)化率；
⑤Ⅱ、Ⅲ溫度相同，平衡常數(shù)相同，結(jié)合①中計算可知平衡時各組分濃度，代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算．

解答 解：（1）氮與氧氣在高溫下反應生成NO，反應方程式為：N₂+O₂2NO；溫度升高，反應速率加快，單位時間內(nèi)NO排放量越大，
故答案為：N₂+O₂2NO；溫度升高，反應速率加快；
（2）①設(shè)參加反應NO為xmol，則：
           2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
開始（mol）：0.4       0.4      0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：x         x        x        0.5x
平衡（mol）：0.4-x     0.4-x     x        0.5x
恒溫恒容條件下，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，則（0.4+0.4）mol：（0.4-x+0.4-x+x+0.5x）mol=320：250，解得x=0.35，故v（N0）=$\frac{\frac{0.35mol}{5L}}{40min}$=1.75×10^-3mol•L^-1•min^-1，
故答案為：1.75×10^-3mol•L^-1•min^-1；
②反應速率越快，到達平衡時間越短，由圖可知反應速率：Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ，
故答案為：Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ；
③對比Ⅱ、I可知，I到達平衡時間縮短且起始壓強增大，應是升高溫度；
對比Ⅱ、Ⅲ可知，平衡時壓強不變，Ⅲ到達平衡時間縮短，改變條件反應速率加快且不影響平衡移動，應是使用催化劑，
故答案為：升高溫度；達到平衡的時間比Ⅱ縮短，起始壓強增大；
加催化劑；達到平衡的時間比Ⅱ縮短，平衡沒有移動；
④根據(jù)③中分析可知，Ⅱ、Ⅲ相比，平衡不移動，故CO轉(zhuǎn)化率不變，即a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）．I與Ⅱ相比，I中溫度較高，正反應為放熱反應，平衡向逆反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率減小，即a_Ⅰ（CO）＜a_Ⅱ（CO），故轉(zhuǎn)化率a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）＞a_Ⅰ（CO），
故答案為：a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）＞a_Ⅰ（CO）；
⑤Ⅱ、Ⅲ溫度相同，平衡常數(shù)相同，結(jié)合①中計算可知平衡時NO濃度為$\frac{0.4mol-0.35mol}{5L}$=0.01mol/L、CO濃度為$\frac{0.4mol-0.35mol}{5L}$=0.01mol/L，CO₂的濃度為$\frac{0.35mol}{5L}$=0.07mol/L，N₂的濃度為$\frac{0.5×0.35mol}{5L}$=0.035mol/L，故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.0{7}^{2}×0.035}{0.0{1}^{2}×0.0{1}^{2}}$=17150，
故答案為：17150．

點評 本題考查壓強隨時間變化曲線、化學反應速率計算、化學平衡影響因素、平衡常數(shù)計算等，是對學生綜合能力的考查，側(cè)重考查學生分析計算能力，難度中等．