Question

2014年1月4日，國家減災(zāi)辦、民政部首次將危害健康的霧霾天氣納入2013年自然災(zāi)情進行通報．霧霾的形成與汽車尾氣和燃煤有直接的關(guān)系，新近出版的《前沿科學(xué)》雜志刊發(fā)的中國環(huán)境科學(xué)研究院研究員的論文《汽車尾氣污染及其危害》，其中系統(tǒng)地闡述了汽車尾氣排放對大氣環(huán)境及人體健康造成的嚴(yán)重危害．

（1）用SO₂氣體可以消除汽車尾氣中NO₂，已知NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于體積為1L 密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

．
a．體系壓強保持不變               
b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的體積比保持不變       
d．每消耗1mol SO₃的同時生成1mol NO₂
測得上述反應(yīng)平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=

 

．
（2）目前降低尾氣中的NO和CO可行方法是在汽車排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器．NO和CO在催化轉(zhuǎn)換器中發(fā)生反應(yīng)：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ?mol^-1．在25℃和101kPa下，將2.0mol NO、2.4mol氣體CO通入到固定容積為2L的容器中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化如圖1所示：
①有害氣體NO的轉(zhuǎn)化率為

 

，0-15minNO的平均速率v（NO）=

 

mol/（L?min）．
②20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，則改變的條件可能是

 

（選填序號）．
a．縮小容器體積b．增加CO的量  c．降低溫度  d．?dāng)U大容器體積
③如圖2所示，無摩擦、無質(zhì)量的活塞1、2將反應(yīng)器隔成甲、乙兩部分，在25℃和101kPa下實現(xiàn)平衡時，各部分體積分別為V_甲、V_乙．此時若去掉活塞1，不引起活塞2的移動．則x=

 

，V_甲：V_乙=

 

（3）消除汽車尾氣中NO₂也可以用CO，已知2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1；CO的燃燒熱△H=-c kJ?mol^-1．寫處消除汽車尾氣中NO₂的污染時，NO₂與CO的反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）利用化學(xué)平衡的特征“等”、“定”來判定化學(xué)平衡，利用三段法計算平衡時的濃度來計算化學(xué)平衡常數(shù)；
（2）①根據(jù)氮氣濃度計算參加反應(yīng)的一氧化氮濃度，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計算NO的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)v（NO）=

△c

△t

計算；
②若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，可以采用改變溫度或容器容積的方法；
③如圖2所示，無摩擦、無質(zhì)量的活塞1、2將反應(yīng)器隔成甲、乙兩部分，說明為等壓容器，對應(yīng)2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）只要轉(zhuǎn)化到一邊成比例即等效，若去掉活塞1，不引起活塞2的移動，說明新平衡與原平衡等效，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)蓋斯定律進行解答．

解答： 解：（1）本反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，故體系的壓強保持不變，故a不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；隨著反應(yīng)的進行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故b可以說明反應(yīng)已達(dá)平衡；SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)；d中所述的兩個速率都是逆反應(yīng)速率，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)．
                    NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）
  起始物質(zhì)的體積       1a       2a             0     0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積         x        x              x     x
平衡物質(zhì)的體積         1a-x     2a-x           x     x
則（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=

4

5

a，故平衡常數(shù)為=

x 2

(1a-x)(2a-x)

=

8

3

；故答案為：b；

8

3

．
（2）①0～15min△C（N₂）=0.2mol/L，同一可逆反應(yīng)中，各物質(zhì)濃度變化之比等于其計量數(shù)之比，所以△C（NO）=2△C（N₂）=0.4mol/L，NO的轉(zhuǎn)化率=

0.4mol/L 2.0mol

2L

=40%；0～15min NO的平均速率v（NO）=

0.4mol/L

15min

=0.027mol/（L?min），
故答案為：40%；0.027；
②a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，但平衡時CO濃度大于第一次平衡濃度，故錯誤；
b．增加CO的量，平衡向正反應(yīng)方向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，所以CO的濃度增大，故錯誤；     
c．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的濃度減小，故正確；   
d．?dāng)U大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，但平衡時CO濃度小于第一次平衡濃度，故正確；
故選c d；
③如圖2所示，無摩擦、無質(zhì)量的活塞1、2將反應(yīng)器隔成甲、乙兩部分，說明為等壓容器，對應(yīng)2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）只要轉(zhuǎn)化到一邊成比例即等效，所以有
               2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；
甲起始（mol）：0.8       0        x        4
轉(zhuǎn)化（mol）：0.8+2x     2x       0      4-2x
乙起始（mol）：2.4       2        0        0   
若去掉活塞1，不引起活塞2的移動，說明新平衡與原平衡等效，則4-2x=0，解得x=2mol，
則甲相等于4molCO和4.8molNO剛好是乙的2倍，所以V_甲：V_乙=2：1，故答案為：2mol；2：1；    
（3）①2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1；
③CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ?mol^-1
將方程式①-②+2③得4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=-a+b-2c kJ?mol^-1，
故答案為：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=-a+b-2c kJ?mol^-1．

點評：本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)計算以及蓋斯定律的應(yīng)用，根據(jù)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率公式計算NO的反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率，利用平衡移動原理分析平衡移動，難度不大．