Question

目前，全國多個地區(qū)為霧霾所困，氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．消除氮氧化物有多種方法．在汽車上安裝三效催化轉(zhuǎn)化器，可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NO_x、碳氫化合物）進行相互反應，生成無毒物質(zhì)，減少汽車尾氣污染．
已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
（1）汽車啟動后，汽缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是

 

．汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設想按下列反應除去CO：2CO（g）═2C（s）+O₂（g），簡述該設想能否實現(xiàn)的依據(jù)：

 

．
（2）汽車尾氣中轉(zhuǎn)化器中發(fā)生的反應：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
（3）在一定溫度下，在體積2L的密閉容器中充入0.8mol NO和0.7mol CO，5s達到平衡狀態(tài)，此時容器中N₂的體積分數(shù)為0.25．
①達到平衡時N₂平均反應速率v（N₂）=

 

mol?L^-1?s^?1，則該反應的平衡常數(shù)K=

 

；若升高體系的溫度，K值將

 

（填“增加”、“減小”或“不變”）．
②如圖，在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時刻達到新的平衡狀態(tài)．請在圖中補充畫出從t₂到t₄時刻正反應速率隨時間的變化曲線：
（4）如果要凈化汽車尾氣同時提高該反應的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，采取的措施是

 

．
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）根據(jù)溫度對化學平衡的影響進行判斷；根據(jù)△G=△H-T?△S進行判斷，如△G＜0，則反應能自發(fā)進行，如△G＞0，則不能自發(fā)進行；
（2）依據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學方程式計算出該反應的焓變；
（3）①設出氮氣在平衡時的物質(zhì)的量，然后利用三段式及氮氣的體積分數(shù)計算出氮氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應速率表達式計算出氮氣的平均反應速率、根據(jù)平衡常數(shù)表達式計算出該反應在該溫度下的平衡常數(shù)；該反應為放熱反應，升高溫度后平衡向著逆向移動，平衡常數(shù)減��；
②增大容器體積，減小了壓強，正逆反應速率減小，平衡向著氣體體積增大的方向移動，據(jù)此畫出從t₂到t₄時刻正反應速率隨時間的變化曲線；
（4）根據(jù)影響化學反應速率、化學平衡的因素進行判斷．

解答：解：（1）由于升高溫度，反應速率加快，平衡朝生成NO的方向移動，會導致單位時間內(nèi)NO排放量越大；由于反應2CO（g）═2C（s）+O₂（g）中△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進行，
故答案為：升高溫度，反應速率加快，平衡朝生成NO的方向移動；不可行，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進行；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
根據(jù)蓋斯定律可得：③×2-①-②，2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
故答案為：-746.5 kJ?mol^-1；
（3）①設達到平衡時氮氣的物質(zhì)的量為xmol，則   
           2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
反應前（mol）0.8      0.7       0         0
變化（mol）  2x       2x        x         2x
平衡（mol）0.8-2x     0.7-2x    x         2x
達到平衡時氮氣的體積分數(shù)為：

x

(0.8-2x)+(0.7-2x)+x+2x

=0.25，
解得：x=0.3，
達到平衡時氮氣的反應速率為：v（N₂）=

0.3mol 2L

5s

=0.03mol?L^-1?s^?1；
達到平衡時各組分濃度為：c（CO）=

(0.7-0.3×2)mol

2L

=0.05mol/L，c（NO）=

(0.8-0.3×2)mol

2L

=0.1mol/L，c（N₂）=

0.3mol

2L

=0.15mol/L，c（CO₂）=

0.3mol×2

2L

=0.3mol/L，該溫度下該反應的平衡常數(shù)為：K=

0.15×0．32

0.052×0．12

=540；
由于該反應為放熱反應，升高溫度后平衡向著逆向移動，該反應的平衡常數(shù)減小，
故答案為：0.03；540；減小；
②在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，則正逆反應速率均是減小的，但平衡向正反應方向一定，所以正確的圖象應該是（見答案）．在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，則正逆反應速率均是減小的，但平衡向逆反應方向移動，所以正確的圖象應該是，
故答案為：
（4）2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
A．降低溫度，反應速率會減小，無法通過反應速率，故A錯誤；               
B．增大壓強同時加催化劑，增大壓強后，平衡向著正向移動，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，且反應速率增大，使用催化劑，反應速率加快，故B正確；
C．升高溫度同時充入N₂，升高溫度平衡向著逆向移動，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯誤；
D．及時將CO₂和N₂從反應體系中移走，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，但是反應速率減小，故D錯誤
故答案為：B．

點評：本題考查了化學平衡的建立過程、化學平衡的影響因素、有關化學平衡常數(shù)的計算等知識，題目難度較大，注意掌握化學平衡的影響因素，明確化學平衡常數(shù)的概念及計算方法．