Question

目前，全國多個(gè)地區(qū)為霧霾所困，氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．消除氮氧化物有多種方法．在汽車上安裝三效催化轉(zhuǎn)化器，可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NO_x、碳?xì)浠�合物）進(jìn)行相互反應(yīng)，生成無毒物質(zhì)，減少汽車尾氣污染．
已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
（1）汽車啟動(dòng)后，汽缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，原因是

 

．汽車燃油不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：2CO（g）═2C（s）+O₂（g），簡(jiǎn)述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù)：

 

．
（2）汽車尾氣中轉(zhuǎn)化器中發(fā)生的反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
（3）在一定溫度下，在體積2L的密閉容器中充入0.8mol NO和0.7mol CO，5s達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容器中N₂的體積分?jǐn)?shù)為0.25．
①達(dá)到平衡時(shí)N₂平均反應(yīng)速率v（N₂）=

 

mol?L^-1?s^?1，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

；若升高體系的溫度，K值將

 

（填“增加”、“減小”或“不變”）．
②如圖，在t₂時(shí)刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時(shí)刻達(dá)到新的平衡狀態(tài)．請(qǐng)?jiān)趫D中補(bǔ)充畫出從t₂到t₄時(shí)刻正反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化曲線：
（4）如果要凈化汽車尾氣同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，采取的措施是

 

．
A．降低溫度                B．增大壓強(qiáng)同時(shí)加催化劑
C．升高溫度同時(shí)充入N₂       D．及時(shí)將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響進(jìn)行判斷；根據(jù)△G=△H-T?△S進(jìn)行判斷，如△G＜0，則反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，如△G＞0，則不能自發(fā)進(jìn)行；
（2）依據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算出該反應(yīng)的焓變；
（3）①設(shè)出氮?dú)庠谄胶鈺r(shí)的物質(zhì)的量，然后利用三段式及氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)計(jì)算出氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，再根據(jù)反應(yīng)速率表達(dá)式計(jì)算出氮?dú)獾钠骄�反�?yīng)速率、根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度后平衡向著逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減�。�
②增大容器體積，減小了壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率減小，平衡向著氣體體積增大的方向移動(dòng)，據(jù)此畫出從t₂到t₄時(shí)刻正反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化曲線；
（4）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素進(jìn)行判斷．

解答：解：（1）由于升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡朝生成NO的方向移動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大；由于反應(yīng)2CO（g）═2C（s）+O₂（g）中△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡朝生成NO的方向移動(dòng)；不可行，因?yàn)椤鱄＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進(jìn)行；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
根據(jù)蓋斯定律可得：③×2-①-②，2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
故答案為：-746.5 kJ?mol^-1；
（3）①設(shè)達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為xmol，則   
           2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
反應(yīng)前（mol）0.8      0.7       0         0
變化（mol）  2x       2x        x         2x
平衡（mol）0.8-2x     0.7-2x    x         2x
達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為：

x

(0.8-2x)+(0.7-2x)+x+2x

=0.25，
解得：x=0.3，
達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾姆磻?yīng)速率為：v（N₂）=

0.3mol 2L

5s

=0.03mol?L^-1?s^?1；
達(dá)到平衡時(shí)各組分濃度為：c（CO）=

(0.7-0.3×2)mol

2L

=0.05mol/L，c（NO）=

(0.8-0.3×2)mol

2L

=0.1mol/L，c（N₂）=

0.3mol

2L

=0.15mol/L，c（CO₂）=

0.3mol×2

2L

=0.3mol/L，該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=

0.15×0．32

0.052×0．12

=540；
由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度后平衡向著逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)減小，
故答案為：0.03；540；減小；
②在t₂時(shí)刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來的2倍，則正逆反應(yīng)速率均是減小的，但平衡向正反應(yīng)方向一定，所以正確的圖象應(yīng)該是（見答案）．在t₂時(shí)刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來的2倍，則正逆反應(yīng)速率均是減小的，但平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正確的圖象應(yīng)該是，
故答案為：
（4）2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
A．降低溫度，反應(yīng)速率會(huì)減小，無法通過反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤；               
B．增大壓強(qiáng)同時(shí)加催化劑，增大壓強(qiáng)后，平衡向著正向移動(dòng)，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，且反應(yīng)速率增大，使用催化劑，反應(yīng)速率加快，故B正確；
C．升高溫度同時(shí)充入N₂，升高溫度平衡向著逆向移動(dòng)，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．及時(shí)將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，但是反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤
故答案為：B．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的建立過程、化學(xué)平衡的影響因素、有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)，題目難度較大，注意掌握化學(xué)平衡的影響因素，明確化學(xué)平衡常數(shù)的概念及計(jì)算方法．