Question

9．“霾”是當今世界環(huán)境熱點話題．某地空氣質量惡化原因之一是機動車尾氣和燃煤產生的煙氣．NO和CO氣體均為汽車尾氣的成分，這兩種氣體在催化轉換器中發(fā)生如下反應：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
（1）在一定溫度下，將2.0mol NO、2.4mol CO氣體通入固定容積為2L的密閉容器中，反應過程中部分物質的濃度變化如圖所示：
①0～15min N₂的平均速率v（N₂）=0.013mol/（L•min）；NO的轉化率為40%．
②20min時，若改變反應條件，導致CO濃度減小，則改變的條件可能是cd（選填序號）．
a．縮小容器體積
b．增加CO的量
c．降低溫度
d．擴大容器體積
③若保持反應體系的溫度不變，20min時再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化學平衡將向左移動（選填“向左”“向右”或“不”），重新達到平衡后，該反應的化學平衡常數(shù)為$\frac{5}{36}$．
（2）已知：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
CO的燃燒熱△H=-ckJ•mol^-1（c＞0）
則在消除汽車尾氣中NO₂的污染時，NO₂與CO發(fā)生反應的熱化學方程式為4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c） kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂）；利用濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比計算NO濃度變化量，再根據(jù)n=cV計算參加反應NO的物質的量，進而計算NO的轉化率；
②a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，移動結果不能消除CO濃度增大；
b．增加CO的量，CO的濃度增大；
c．降低溫度，平衡向正反應方向移動；
d．擴大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應方向移動，平衡時CO濃度減小；
③溫度不變，平衡常數(shù)不變，利用三段式計算平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{c（NO）•{c}^{2}（CO）}$，再計算此時濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比，判斷反應進行方向；
（2）根據(jù)CO的燃燒熱書寫CO燃燒的熱化學方程式，根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以合適的系數(shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的計算．

解答 解：（1）①由圖可知，15min N₂的濃度變化量為0.2mol/L，則v（N₂）=$\frac{0.2mol/L}{15min}$=0.013mol/（L•min）；
濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比，則NO濃度變化量為2×0.2mol/L=0.4mol/L，參加反應的NO為2L×0.4mol/L=0.8mol，所以NO的轉化率為：$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40%，
故答案為：0.013mol/（L•min）；40%；
②a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，移動結果不能消除CO濃度增大，平衡時CO濃度增大，故a錯誤；
b．增加CO的量，平衡雖然向正反應方向移動，但CO的轉化率減小，到平衡時CO的濃度增大，故b錯誤；
c．降低溫度，平衡向正反應方向移動，到達新平衡時CO的濃度減小，故c正確；
d．擴大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應方向移動，但CO的物質的量增大程度小于體積增大程度，所以CO濃度減小，故d正確；
故答案為：cd；
③平衡時氮氣濃度變化量為0.2mol/L，NO的起始濃度為：$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、CO的起始濃度為 $\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L，則：
            2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
開始（mol/L）：1       1.2       0        0
轉化（mol/L）：0.4     0.4       0.4      0.2
平衡（mol/L）：0.6     0.8       0.4      0.2
故平衡常數(shù)為：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×0．{8}^{2}}$L/mol=$\frac{5}{36}$L/mol，
20min時再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，此時濃度商Qc=$\frac{0．{4}^{2}×（0.2+\frac{0.4}{2}）}{（0.6+\frac{0.4}{2}）^{2}×0．{8}^{2}}$=$\frac{5}{32}$＞K=$\frac{5}{36}$，故反應向逆反應進行，即向左移動，
溫度不變，平衡常數(shù)不變，即重新達到平衡后，該反應的化學平衡常數(shù)為$\frac{5}{36}$，
故答案為：向左；$\frac{5}{36}$；
（2））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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②+2×③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 本題考查較為綜合，涉及化學平衡有關計算、化學平衡移動、化學反應速率計算、平衡常數(shù)計算及應用、熱化學方程式書寫等知識，題目難度中等，化學平衡常數(shù)的有關計算是高考熱點，理解掌握化學平衡常數(shù)與濃度商的關系確定反應方向，（1）②為易錯點，學生容易根據(jù)平衡移動判斷濃度變化，注意對平衡移動原理的理解：“減弱改變”而不是“消除改變”，也可以借助平衡常數(shù)理解．