20.霧霾嚴(yán)重影響人們的生活,汽車尾氣排放是造成霧霾天氣的重要原因之一.已知汽車尾氣排放時(shí)容易發(fā)生以下反應(yīng):
①N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H1=a kJ•mol-1
②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H2=b kJ•mol-1
③CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?CO2(g)△H3=c kJ•mol-1
④2CO(g)+2NO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H4
請(qǐng)回答下列問題:
(1)根據(jù)反應(yīng)①②③,確定反應(yīng)④中△H4=2c-akJ•mol-1
(2)對(duì)于氣體參與的反應(yīng),表示平衡常數(shù)Kp時(shí)用氣體組分(B)的平衡壓強(qiáng)p(B)代替該氣體物質(zhì)的量濃度c(B),則反應(yīng)①的Kp=$\frac{{p}^{2}(NO)}{P({N}_{2})P({O}_{2})}$(用表達(dá)式表示).
(3)下列情況能說明反應(yīng)②已達(dá)平衡狀態(tài)的是CD(填編號(hào)).
A.單位時(shí)間內(nèi)生成1mol NO2的同時(shí)消耗了1mol NO
B.在恒溫恒容的容器中,混合氣體的密度保持不變
C.在恒溫恒壓的容器中,容器的體積保持不變
D.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
(4)反應(yīng)③在高溫(填“高溫”或“低溫”)下不利于自發(fā)進(jìn)行.
(5)探究反應(yīng)④中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系,得到如圖所示的曲線.試分析實(shí)際化工生產(chǎn)中不采用高壓的原因常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高,并且高壓要增加成本.

(6)探究反應(yīng)④中平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物中$\frac{n(NO)}{n(CO)}$的比值、溫度的關(guān)系,得到如圖2所示的曲線.
①在X、Y、Z三點(diǎn)中,CO的轉(zhuǎn)化率從大到小的順序是Z>Y>X.
②若保持其他條件不變,請(qǐng)?jiān)趫D2中,畫出溫度為T2(T2<T1)時(shí)的變化趨勢(shì)曲線.

分析 (1)根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)②×2-③即得,確定反應(yīng)④2CO(g)+2NO(g)?N2(g)+2CO2(g),據(jù)此計(jì)算焓變;
(2)根據(jù)反應(yīng)①的方程式結(jié)合平衡常數(shù)表達(dá)式書寫方法解答;
(3)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),正逆反應(yīng)速率相等,且不等于0,各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化,據(jù)此解答;
(4)依據(jù)反應(yīng)CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?CO2(g)為放熱的、熵減小的反應(yīng)特點(diǎn)判斷;
(5)根據(jù)圖象分析,常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高,并且高壓轉(zhuǎn)化率增加不大,但增加成本較大,據(jù)此分析;
(6)溫度一定,隨反應(yīng)物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大,X-Y反應(yīng)正向進(jìn)行,一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X<Y,Y-Z平衡正向進(jìn)行,一氧化氮增大會(huì)提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率,則Y<Z;
②根據(jù)圖象1分析,溫度越低NO的平衡轉(zhuǎn)化率越大,說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以溫度越低,平衡時(shí)二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)也越大,據(jù)此畫圖.

解答 解:(1)根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)②×2-③即得,確定反應(yīng)④2CO(g)+2NO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H4=(2c-a)KJ/mol,
故答案為:2c-a;
(2)根據(jù)反應(yīng)①的方程式得出Kp=$\frac{{p}^{2}(NO)}{P({N}_{2})P({O}_{2})}$,故答案為:Kp=$\frac{{p}^{2}(NO)}{P({N}_{2})P({O}_{2})}$;

(3)A.單位時(shí)間內(nèi)生成1mol NO2的同時(shí)消耗了1mol NO,都是正反應(yīng),故不能說明達(dá)到平衡狀態(tài),故A錯(cuò)誤;
B.依據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$,氣體的總質(zhì)量一定,體積一定,故密度保持不變,故混合氣體的密質(zhì)不再發(fā)生改變不能說明達(dá)到平衡狀態(tài),故B錯(cuò)誤;
C.2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)為反應(yīng)前后氣體體積改變的反應(yīng),在恒溫恒壓的容器中,容器的體積保持不變,可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故C正確;
D.混合氣體的容器中,容器的體積保持不變,依據(jù)M=$\frac{m}{n}$,氣體的總質(zhì)量不變,2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)為反應(yīng)前后氣體體積改變的反應(yīng),則物質(zhì)的量n改變,平均摩爾質(zhì)量未到達(dá)平衡前始終變化,只有達(dá)到平衡才能保持不變,所以可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故C正確;
故選:CD;
(4)反應(yīng)CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?CO2(g)為放熱的、熵減小的反應(yīng),要使△H-T△S<0,則高溫時(shí)不利于自發(fā)進(jìn)行,故答案為:高溫;
(5)根據(jù)圖象分析,常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高,并且高壓轉(zhuǎn)化率增加不大,但增加成本較大,
故答案為:常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高,并且高壓要增加成本;
(6)①溫度一定,隨反應(yīng)物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大,X-Y反應(yīng)正向進(jìn)行,一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X<Y,Y-Z平衡正向進(jìn)行,一氧化氮增大會(huì)提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率,則Y<Z,X、Y、Z三點(diǎn),CO的轉(zhuǎn)化率的從大到小的順序Z>Y>X,
故答案為:Z>Y>X;
②根據(jù)圖象1分析,溫度越低NO的平衡轉(zhuǎn)化率越大,說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以溫度越低,平衡時(shí)二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)也越大,又T2<T1,所以溫度為T2時(shí)的變化趨勢(shì)曲線為:,故答案為:

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律計(jì)算,平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù),題目難度中等,側(cè)重考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力.

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12.為驗(yàn)證銅與稀硝酸反應(yīng)的還原產(chǎn)物是NO而不是NO2.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置,下列敘述錯(cuò)誤的是( 。
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B.加入的稀硝酸應(yīng)充滿U型管左側(cè)
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(2)實(shí)驗(yàn)室里,處理含氮氧化物的尾氣一般用NaOH溶液來吸收,其反應(yīng)式為:2NO2+2NaOH═NaNO2+NaNO3+H2O,NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O,現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)狀況下aLNO2和bLNO的混合氣恰好被100mLNaOH溶液完全吸收,則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系為a≥b,NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為$\frac{a+b}{2.24}$mol•L-1(用含a、b的代數(shù)式表示).
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