Question

19．CO和NO是汽車尾氣的主要污染物．消除汽車尾氣的反應(yīng)式之一為：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．請回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol    ①
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol    ②
2C（s）+O₂═2CO（g）△H=-221kJ/mol    ③
則 2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol．
（2）一定溫度下，在一體積為VL的密閉容器中充人一定量的NO和CO時，反應(yīng)進行到t時刻時達到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，且N₂占平衡混合氣體總體積的$\frac{1}{4}$．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{27V}{a}$（用只含a、V的式子表示）．
②判斷該反應(yīng)達到平衡的標志是BD（填序號）
A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
C．混合氣體的密度不再改變
D．NO、CO、N₂、CO₂的物質(zhì)的量濃度均不再變化
（3）在一定溫度下，將2.0molNO、2.4molCO通入固定容積2L的密閉中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖1所示，則：

①有害氣體NO的轉(zhuǎn)化率是40%．
②20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，則改變的條件是CD（填序號）．
A．增加CO的量        B．加入催化劑     C．降低溫度             D．擴大容積體積
（4）通過NO_x傳感器可監(jiān)測NO_x的含量，其工作原理如圖2所示，則：NiO電極上的電極反應(yīng)式為NO-2e^-+O^2-=NO₂．

Answer 1

分析 （1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol ①，
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ②，
2C（s）+O₂=2CO（g）△H=-221kJ/mol ③，
則根據(jù)蓋斯定律可知，②×2-③-①可得：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g），反應(yīng)熱也進行相應(yīng)的計算；
（2）①根據(jù)氮氣物質(zhì)的量計算生成n（CO₂），再根據(jù)氮氣體積分數(shù)計算平衡時混合氣體總物質(zhì)的量，進而確定a與b的關(guān)系，代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算；
②可逆反應(yīng)到達平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它物理量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化，說明到達平衡；
（3）①發(fā)生反應(yīng)：2NO+2CO=N₂+2CO₂，計算消耗CO物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算消耗NO物質(zhì)的量，進而計算NO轉(zhuǎn)化率；
②20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，可以使平衡向正反應(yīng)方向移動，不能增大CO濃度、增大壓強，否則到達平衡時CO濃度會增大，也可以擴大容器體積；
（4）Pt電極上通入氧氣，則Pt電極是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，NiO電極是負極，NO失去電子轉(zhuǎn)化為NO₂．

解答 解：（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol    ①，
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol    ②，
2C（s）+O₂=2CO（g）△H=-221kJ/mol    ③，
則根據(jù)蓋斯定律可知②×2-③-①可得：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g），故△H=2×（-393.5kJ/mol）-（-221kJ/mol）-（180.5kJ/mol）=-746.5kJ/mol，
故答案為：-746.5kJ/mol；
（2）①平衡時n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，則根據(jù)方程式可知生成CO₂是2bmol．又因為N₂占平衡混合氣體總體積的$\frac{1}{4}$，所以平衡時混合氣體的總的物質(zhì)的量是4b，則4bmol=bmol+2bmol+amol+2amol，解得b=3a，平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{V}×（{\frac{2b}{V}）}^{2}}{（{\frac{2a}{V}）}^{2}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{27V}{a}$，
故答案為：$\frac{27V}{a}$；
②A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗，均表示正反應(yīng)速率，所以不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．總質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變可以說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．在反應(yīng)過程中氣體總質(zhì)量和容積始終是不變的，因此密度始終是不變的，則混合氣體的密度不再改變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．NO、CO、N₂、CO₂的物質(zhì)的量濃度均不再變化，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故D正確，
故選：BD；
（3）①發(fā)生反應(yīng)：2NO+2CO=N₂+2CO₂，平衡時CO是1.6mol，則消耗CO是2.4mol-1.6mol=0.8mol，根據(jù)方程式可知消耗NO是0.8mol，因此有害氣體NO的轉(zhuǎn)化率是$\frac{0.8mol}{2.0mol}×100%=40%$，
故答案為：40%；
②A．增加CO的量，CO濃度增大，故A錯誤；
B．加入催化劑平衡不移動，CO濃度不變，故B錯誤；
C．正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向進行，CO濃度減小，故C正確；
D．擴大容積體積平衡向逆反應(yīng)方向進行，但CO濃度仍然減小，故D正確，
故選：CD；
（4）Pt電極上通入氧氣，則Pt電極是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，NiO電極是負極，NO失去電子轉(zhuǎn)化為NO₂，所以該電極上的電極反應(yīng)式為：NO-2e^-+O^2-=NO₂，
故答案為：NO-2e^-+O^2-=NO₂．

點評 本題考查考查蓋斯定律應(yīng)用、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡計算以及外界條件對平衡狀態(tài)的影響和原電池應(yīng)用等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．