Question

8．CO和NO是汽車尾氣的主要污染物．消除汽車尾氣的反應式之一為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．請回答下列問題：
（1）一定溫度下，在一體積為VL的密閉容器中充入一定量的NO和CO時，反應進行到t時刻時達到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=a mol、n（NO）=2a mol、n（N₂）=b mol，且N₂占平衡混合氣體總價體積的$\frac{1}{4}$
①該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{27V}{a}$（用只含a、V的式子表示）
②判斷該反應達到平衡的標志是BD（填序號）
A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
C．混合氣體的密度不再改變
D．NO、CO、N₂、CO₂的物質(zhì)的量濃度均不再變化
（2）在一定溫度下，將2.0molNO、2.4molCO通入固定容積2L的密閉中，反應過程中部分物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖所示，則
①有害氣體NO的轉(zhuǎn)化率是40%，0～15min CO₂的平均反應速率v（CO₂）=0.027mol/（L．min）（保留小數(shù)點后三位）．
②20min時，若改變反應條件，導致CO濃度減小，則改變的條件是CD（填序號）
A．增加CO₂的量   B．加入催化劑   C．降低溫度   D．擴大容積體積．

Answer 1

分析 （1）①平衡時n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，則根據(jù)方程式可知生成CO₂是2bmol．又因為N₂占平衡混合氣體總體積的$\frac{1}{4}$，所以平衡時混合氣體的總的物質(zhì)的量是4b mol，則4bmol=bmol+2bmol+amol+2amol，解得b=3a，再由平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算；
②可逆反應到達平衡時，正逆反應速率相等，反應各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化，說明到達平衡；
（2）①發(fā)生反應：2NO+2CO=N₂+2CO₂，計算消耗CO物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算消耗NO物質(zhì)的量，進而計算NO轉(zhuǎn)化率；根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（CO₂）；
②20min時，若改變反應條件，導致CO濃度減小，可以使平衡向正反應方向移動，不能增大CO濃度、不能增大壓強，否則到達平衡時CO濃度會增大，也可以擴大容器體積．

解答 解：（1）①平衡時n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，則根據(jù)方程式可知生成CO₂是2bmol．又因為N₂占平衡混合氣體總體積的$\frac{1}{4}$，所以平衡時混合氣體的總的物質(zhì)的量是4b mol，則4bmol=bmol+2bmol+amol+2amol，解得b=3a，平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{3a}{V}×（\frac{6a}{V}）^{2}}{（\frac{2a}{V}）^{2}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{27V}{a}$，
故答案為：$\frac{27V}{a}$；
②A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗，均表示正反應速率，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變可以說明反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．在反應過程中氣體總質(zhì)量和容積始終是不變的，因此密度始終是不變的，則混合氣體的密度不再改變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．NO、CO、N₂、CO₂的物質(zhì)的量濃度均不再變化，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故D正確，
故答案為：BD；
（2）①發(fā)生反應：2NO+2CO=N₂+2CO₂，平衡時CO是1.6mol，則消耗CO是2.4mol-1.6mol=0.8mol，根據(jù)方程式可知消耗NO是0.8mol，因此有害氣體NO的轉(zhuǎn)化率是$\frac{0.8mol}{2.0mol}$×100%=40%，
v（N₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{15min}$=$\frac{1}{75}$mol/（L．min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，v（CO₂）=2v（N₂）=2×$\frac{1}{75}$mol/（L．min）=0.027mol/（L．min），
故答案為：40%；0.027mol/（L．min）；
②A．增加CO的量，CO濃度增大，故A錯誤；
B．加入催化劑平衡不移動，CO濃度不變，故B錯誤；
C．減小CO₂的量，平衡向正反應方向進行，CO濃度減小，故C正確；
D．擴大容積體積，壓強減小，平衡雖然向逆反應方向進行，但平衡常數(shù)不變，CO濃度仍然減小，故D正確，
故答案為：CD．

點評 本題考查化學平衡有關計算，為高頻考點，側(cè)重于學生的分析、計算能力的考查，題目涉及平衡狀態(tài)判斷、以及外界條件對平衡狀態(tài)的影響等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．