Question

13．汽車尾氣凈化中的一個反應如下：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），請回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
則2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
（2）一定溫度下，向體積為1L的密閉容器中充入一定量的NO和CO．在t₁時刻達到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=0.1mol，n（NO）=0.2mol，n（N₂）=a　mol，且平衡時混合氣體壓強為初始氣體壓強的0.8．
①則該反應的平衡常數K=270．若保持溫度及容器體積不變，平衡后在此基礎上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO，平衡將向右移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
②下列各種情況，可說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是CD．
A．v生成（CO₂）=v消耗（CO）　　　　　　　　
B．混合氣體的密度不再改變
C．混合氣體的平均相對分子質量不再改變
D．NO、CO、N₂、CO₂的濃度均不再變化
E．單位時間內生成2n　mol碳氧雙鍵的同時消耗n　molN≡N
③在t₂時刻，改變某一外界條件，正反應速率的變化曲線如圖1所示：可能改變的條件是增大反應物的濃度，增大壓強．

（3）有人提出可以用如圖2所示的電解原理的方法消除汽車尾氣，寫出陽極發(fā)生的電極反應式CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．
（4）如果要凈化汽車尾氣同時提高該反應的速率和NO的轉化率，采用的措施是B．
A．降低溫度              B、增大壓強同時加催化劑
C、升高溫度同時充入N₂     D、及時將CO₂和N₂從反應體系中移走．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
用蓋斯定律知：②×2-①-③得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
（2）一定溫度下體積為1L的密閉容器中，壓強與混合氣體的物質的量成正比．列出“三段式”：
              2NO+2CO═N₂ +2CO₂
起始（mol）：2a+0.2     2a+0.1       0        0
轉化（mol）：2a          2a          a       2a
平衡（mol）：0.2        0.1          a       2a
  
依題意得：0.2+0.1+a+2a=0.8（2a+0.2+2a+0.1）解得：a=0.3
①該反應的平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}）{C}^{2}（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{1}^{2}}$=270
保持溫度及容器體積不變，平衡后在此基礎上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO時，使容器內的壓強增大，平衡向氣體計量數小的方向移動，即向右移動．
②A．v生成（CO₂）是向正反應方向，v消耗（CO）也是向正反應方向，不能達到平衡狀態(tài)；　B．由ρ_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/v知，密閉容器中m_{（混合氣體）}和v都不變，比值不變，即ρ_{（混合氣體）}不變，故密度不再改變不能達到平衡狀態(tài)；
C．由M_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/n_{（混合氣體）}，密閉容器中m_{（混合氣體）}不變，n_{（混合氣體）}，向正反應方向移動時減小，向逆反應方向移動時增大，故平均相對分子質量不再改變，平衡不移動，能達到平衡狀態(tài)；　
D．NO、CO、N₂、CO₂的濃度不再變化是各物質的濃度保持不變，能達到平衡狀態(tài)；
E．單位時間內生成2nmol碳氧雙鍵即生成nmol的CO₂，反應向正反應方向，同時消耗nmolN≡N
即消耗nmolN₂反應向逆反應方向，但不與物質計量數成正比，故不能達到平衡狀態(tài)．
選C，D；
③根據圖象知，改變某一外界條件，平衡向正反應方向移動，可增大反應物的濃度，也可增大壓強．3
（3）陽極發(fā)生是失電子的一極為CO，CO失電子后為CO₂在KOH電解質溶液中最終生成CO₃^2-，電極反應式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H²O；
（4）提高該反應的速率可以增大壓強或升高溫度，提高NO的轉化率應使平衡向正反應方向移動．A降低溫度降低了反應的速率；B增大壓強使平衡向正反應方向移動同時加催化劑提高該反應的速率；
C、升高溫度提高該反應的速率，同時充入N₂使反應向逆反應方向移動；
D、及時將CO₂和N₂從反應體系中移走壓強降低，降低了反應的速率．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
用蓋斯定律知：②×2-①-③得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
故答案為：-746.5；
（2）列出“三段式”：
              2NO+2CO═N₂ +2CO₂
起始（mol）：2a+0.2     2a+0.1       0        0
轉化（mol）：2a          2a          a       2a
平衡（mol）：0.2        0.1          a       2a
  
依題意得：0.2+0.1+a+2a=0.8（2a+0.2+2a+0.1）解得：a=0.3
①該反應的平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}）{C}^{2}（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{1}^{2}}$=270
故答案為：270
平衡后在此基礎上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO時，使容器內的壓強增大，平衡向氣體計量數小的方向移動，即向右移動．
故答案為：向右
②A．v生成（CO₂）是向正反應方向，v消耗（CO）也是向正反應方向，不能達到平衡狀態(tài)；　　　　　　
　B．由ρ_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/v知，密閉容器中m_{（混合氣體）}和v都不變，比值不變，即ρ_{（混合氣體）}不變，故密度不再改變不能達到平衡狀態(tài)；
C．由M_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/n_{（混合氣體）}，密閉容器中m_{（混合氣體）}不變，n_{（混合氣體）}，向正反應方向移動時減小，向逆反應方向移動時增大，故平均相對分子質量不再改變，平衡不移動，能達到平衡狀態(tài)；　
D．NO、CO、N₂、CO₂的濃度不再變化是各物質的濃度保持不變，能達到平衡狀態(tài)；
E．單位時間內生成2nmol碳氧雙鍵即生成nmol的CO₂，反應向正反應方向，同時消耗nmolN≡N
即消耗nmolN₂反應向逆反應方向，但不與物質計量數成正比，故不能達到平衡狀態(tài)．
故答案為：C，D

③根據圖象知，改變某一外界條件，平衡向正反應方向移動，可增大反應物的濃度，也可增大壓強．
故答案為：增大反應物的濃度，增大壓強．
（3）陽極發(fā)生是失電子的一極為CO，CO失電子后為CO₂在KOH電解質溶液中最終生成CO₃^2-，電極反應式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O
（4）提高該反應的速率可以增大壓強或升高溫度，提高NO的轉化率應使平衡向正反應方向移動．A降低溫度降低了反應的速率；B增大壓強使平衡向正反應方向移動同時加催化劑提高該反應的速率；
C、升高溫度提高該反應的速率，同時充入N₂使反應向逆反應方向移動；
D、及時將CO₂和N₂從反應體系中移走壓強降低，降低了反應的速率．
故答案為：B；

點評 考查用“三段式“進行化學平衡常數的計算；化學平衡狀態(tài)的特征判斷；電極反應考慮電解質溶液；注意物質CO₂特殊的結構式．