Question

20．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）+$\frac{1}{2}$O₂（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．單位時間內生成1mol NO₂的同時消耗了1mol NO
B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變
C．在恒溫恒壓的容器中，容器的體積保持不變
D．混合氣體的平均相對分子質量保持不變
（4）反應③在高溫（填“高溫”或“低溫”）下不利于自發(fā)進行．
（5）探究反應④中NO的平衡轉化率與壓強、溫度的關系，得到如圖所示的曲線．試分析實際化工生產中不采用高壓的原因常壓下NO的轉化率已經(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$\frac{n（NO）}{n（CO）}$的比值、溫度的關系，得到如圖2所示的曲線．
①在X、Y、Z三點中，CO的轉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的方程式結合平衡常數(shù)表達式書寫方法解答；
（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，各物質的濃度不再發(fā)生變化，據(jù)此解答；
（4）依據(jù)反應CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）為放熱的、熵減小的反應特點判斷；
（5）根據(jù)圖象分析，常壓下NO的轉化率已經(jīng)較高，并且高壓轉化率增加不大，但增加成本較大，據(jù)此分析；
（6）溫度一定，隨反應物NO、CO的起始物質的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉化率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化率，則Y＜Z；
②根據(jù)圖象1分析，溫度越低NO的平衡轉化率越大，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：K_p=$\frac{{p}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$；

（3）A．單位時間內生成1mol NO₂的同時消耗了1mol NO，都是正反應，故不能說明達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．依據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，氣體的總質量一定，體積一定，故密度保持不變，故混合氣體的密質不再發(fā)生改變不能說明達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）為反應前后氣體體積改變的反應，在恒溫恒壓的容器中，容器的體積保持不變，可以證明反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．混合氣體的容器中，容器的體積保持不變，依據(jù)M=$\frac{m}{n}$，氣體的總質量不變，2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）為反應前后氣體體積改變的反應，則物質的量n改變，平均摩爾質量未到達平衡前始終變化，只有達到平衡才能保持不變，所以可以證明反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
故選：CD；
（4）反應CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）為放熱的、熵減小的反應，要使△H-T△S＜0，則高溫時不利于自發(fā)進行，故答案為：高溫；
（5）根據(jù)圖象分析，常壓下NO的轉化率已經(jīng)較高，并且高壓轉化率增加不大，但增加成本較大，
故答案為：常壓下NO的轉化率已經(jīng)較高，并且高壓要增加成本；
（6）①溫度一定，隨反應物NO、CO的起始物質的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉化率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化率，則Y＜Z，X、Y、Z三點，CO的轉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，平衡常數(shù)表達式的書寫，化學平衡狀態(tài)的判斷，反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)，題目難度中等，側重考查學生分析問題、解決問題的能力．