Question

12．霧霾嚴重影響人們的生活，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容易發(fā)生以下反應：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=b kJ•mol^-1
③CO（g）+1/2O₂（g）?CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1
④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄
請回答下列問題：
（1）根據(jù)反應①②③，確定反應④中△H₄=2c-akJ•mol^-1．
（2）對于氣體參與的反應，表示平衡常數(shù)K_p時用氣體組分（B）的平衡壓強p（B）代替該氣體物質(zhì)的量濃度c（B），則反應①的K_p=$\frac{P{\;}^{2}（NO）}{P（N{\;}_{2}）P（O{\;}_{2}）}$（用表達式表示）．
（3）下列情況能說明反應②已達平衡狀態(tài)的是CD（填編號）．
A．單位時間內(nèi)生成1mol NO₂的同時消耗了lmol NO
B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變
C．在絕熱恒容的容器中，反應的平衡常數(shù)不再變化
D．在恒溫恒壓的容器中，NO的體積分數(shù)保持不變
（4）試分析高溫下不利于反應③自發(fā)進行的原因因為該反應為氣體體積減小的放熱反應，即△H＜0，△S＜0．
（5）探究反應④中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強、溫度的關(guān)系，得到如圖1所示的曲線．試分析實際化工生產(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④中平衡時CO₂的體積分數(shù)與反應物中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，請在圖2中，畫出溫度為T₂（T₂＜T₁）時的變化趨勢曲線．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，反應②×2-③即得，確定反應④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），據(jù)此計算焓變；
（2）根據(jù)反應①的方程式得出K_p=$\frac{P{\;}^{2}（NO）}{P（N{\;}_{2}）P（O{\;}_{2}）}$；
（3）化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷，得出正確結(jié)論（4）根據(jù)該反應為氣體體積減小的放熱反應結(jié)合△G=△H-T△S＜0自發(fā)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）①溫度一定，隨反應物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X＜Y，Y-Z平衡正向進行，一氧化氮增大會提高一氧化碳的轉(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，說明該反應為放熱反應，所以溫度越低，平衡時二氧化碳的體積分數(shù)也越大，據(jù)此畫圖；

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，反應②×2-③即得，確定反應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①的方程式得出K_p=$\frac{P{\;}^{2}（NO）}{P（N{\;}_{2}）P（O{\;}_{2}）}$，故答案為：$\frac{P{\;}^{2}（NO）}{P（N{\;}_{2}）P（O{\;}_{2}）}$；
（3）A．單位時間內(nèi)生成1mol NO₂的同時消耗了lmol NO，都是正反應，故不能說明達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．密度=$\frac{總質(zhì)量}{體積}$，總質(zhì)量一定，體積一定，故密度一定，故混合氣體的密質(zhì)不再發(fā)生改變不能說明達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．因為平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，當平衡常數(shù)不再變化，即反應的溫度不變，又在絕熱恒容的容器中，所以反應的平衡常數(shù)不再變化能說明達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．在恒溫恒壓的容器中，NO的體積分數(shù)保持不變，則反應達平衡，能說明達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選：CD；
（4）因為該反應為氣體體積減小的放熱反應，即△H＜0，△S＜0，所以在高溫下△G=△H-T△S＞0非自發(fā)，故答案為：因為該反應為氣體體積減小的放熱反應，即△H＜0，△S＜0；
（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，隨反應物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X＜Y，Y-Z平衡正向進行，一氧化氮增大會提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，則Y＜Z，X、Y、Z三點，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，說明該反應為放熱反應，所以溫度越低，平衡時二氧化碳的體積分數(shù)也越大，又T₂＜T₁，所以溫度為T₂時的變化趨勢曲線為：，故答案為：；

點評 本題考查了蓋斯定律計算，化學反應速率、平衡常數(shù)概念理解和計算應用，圖象分析方法，反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是關(guān)鍵，題目難度中等．