Question

3．汽車(chē)尾氣中含有NO、CO和碳顆粒等有害物質(zhì)，已成為某些大城市空氣的主要污染源．
（1）汽車(chē)燃料中一般不含氮元素，汽缸中生成NO的原因?yàn)椋ㄓ没瘜W(xué)方程式表示為可逆反應(yīng)）N₂+O₂2NO；汽車(chē)啟動(dòng)后，汽缸內(nèi)溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，試分析其原因溫度升高，反應(yīng)速率加快．
（2）治理汽車(chē)尾氣中NO和CO污染的一種方法是將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害的CO₂和N₂，反應(yīng)原理為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0 某研究小組在三個(gè)容積均為5L的恒容密閉容器中，分別充入0.4mol NO和0.4molCO，在三種不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行上述反應(yīng)（體系各自保持溫度不變），反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖所示：
①計(jì)算實(shí)驗(yàn)Ⅱ從開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（N0）=1.75×10^-3mol•L^-1•min^-1．
②圖中三組實(shí)驗(yàn)從開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（NO）由大到小的順序?yàn)棰螅劲瘢劲颍ㄌ顚?shí)驗(yàn)序號(hào)）．
③與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，實(shí)驗(yàn)I和實(shí)驗(yàn)Ⅲ分別僅改變一種反應(yīng)條件，所改變的條件和判斷的理由為：
實(shí)驗(yàn)Ⅰ升高溫度；達(dá)到平衡的時(shí)間比Ⅱ縮短，起始?jí)簭?qiáng)增大；
實(shí)驗(yàn)Ⅲ加催化劑；達(dá)到平衡的時(shí)間比Ⅱ縮短，平衡沒(méi)有移動(dòng)．
④三組實(shí)驗(yàn)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率a_Ⅰ（CO、）a_Ⅱ（CO）和a_Ⅲ（CO） 的大小關(guān)系為a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）＞a_Ⅰ（CO）．
⑤計(jì)算實(shí)驗(yàn)Ⅲ的平衡常數(shù)K=17150．

Answer 1

分析 （1）氮與氧氣在高溫下反應(yīng)生成NO；溫度升高，反應(yīng)速率加快；
（2）①設(shè)參加反應(yīng)NO為xmol，用三段式表示出平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，恒溫恒容條件下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，據(jù)此列方程計(jì)算，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO）；
②反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短；
③對(duì)比Ⅱ、I可知，I到達(dá)平衡時(shí)間縮短且起始?jí)簭?qiáng)增大；
對(duì)比Ⅱ、Ⅲ可知，平衡時(shí)壓強(qiáng)不變，Ⅲ到達(dá)平衡時(shí)間縮短，改變條件反應(yīng)速率加快且不影響平衡移動(dòng)；
④根據(jù)③中分析的條件改變，判斷I、Ⅲ相對(duì)Ⅱ發(fā)生的平衡移動(dòng)，進(jìn)而判斷轉(zhuǎn)化率；
⑤Ⅱ、Ⅲ溫度相同，平衡常數(shù)相同，結(jié)合①中計(jì)算可知平衡時(shí)各組分濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計(jì)算．

解答 解：（1）氮與氧氣在高溫下反應(yīng)生成NO，反應(yīng)方程式為：N₂+O₂2NO；溫度升高，反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，
故答案為：N₂+O₂2NO；溫度升高，反應(yīng)速率加快；
（2）①設(shè)參加反應(yīng)NO為xmol，則：
           2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
開(kāi)始（mol）：0.4       0.4      0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：x         x        x        0.5x
平衡（mol）：0.4-x     0.4-x     x        0.5x
恒溫恒容條件下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則（0.4+0.4）mol：（0.4-x+0.4-x+x+0.5x）mol=320：250，解得x=0.35，故v（N0）=$\frac{\frac{0.35mol}{5L}}{40min}$=1.75×10^-3mol•L^-1•min^-1，
故答案為：1.75×10^-3mol•L^-1•min^-1；
②反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短，由圖可知反應(yīng)速率：Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ，
故答案為：Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ；
③對(duì)比Ⅱ、I可知，I到達(dá)平衡時(shí)間縮短且起始?jí)簭?qiáng)增大，應(yīng)是升高溫度；
對(duì)比Ⅱ、Ⅲ可知，平衡時(shí)壓強(qiáng)不變，Ⅲ到達(dá)平衡時(shí)間縮短，改變條件反應(yīng)速率加快且不影響平衡移動(dòng)，應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：升高溫度；達(dá)到平衡的時(shí)間比Ⅱ縮短，起始?jí)簭?qiáng)增大；
加催化劑；達(dá)到平衡的時(shí)間比Ⅱ縮短，平衡沒(méi)有移動(dòng)；
④根據(jù)③中分析可知，Ⅱ、Ⅲ相比，平衡不移動(dòng)，故CO轉(zhuǎn)化率不變，即a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）．I與Ⅱ相比，I中溫度較高，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，即a_Ⅰ（CO）＜a_Ⅱ（CO），故轉(zhuǎn)化率a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）＞a_Ⅰ（CO），
故答案為：a_Ⅱ（CO）=a_Ⅲ（CO）＞a_Ⅰ（CO）；
⑤Ⅱ、Ⅲ溫度相同，平衡常數(shù)相同，結(jié)合①中計(jì)算可知平衡時(shí)NO濃度為$\frac{0.4mol-0.35mol}{5L}$=0.01mol/L、CO濃度為$\frac{0.4mol-0.35mol}{5L}$=0.01mol/L，CO₂的濃度為$\frac{0.35mol}{5L}$=0.07mol/L，N₂的濃度為$\frac{0.5×0.35mol}{5L}$=0.035mol/L，故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.0{7}^{2}×0.035}{0.0{1}^{2}×0.0{1}^{2}}$=17150，
故答案為：17150．

點(diǎn)評(píng) 本題考查壓強(qiáng)隨時(shí)間變化曲線(xiàn)、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，難度中等．