Question

13．汽車尾氣凈化中的一個(gè)反應(yīng)如下：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
則2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
（2）一定溫度下，向體積為1L的密閉容器中充入一定量的NO和CO．在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)n（CO）=0.1mol，n（NO）=0.2mol，n（N₂）=a　mol，且平衡時(shí)混合氣體壓強(qiáng)為初始?xì)怏w壓強(qiáng)的0.8．
①則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=270．若保持溫度及容器體積不變，平衡后在此基礎(chǔ)上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO，平衡將向右移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．
②下列各種情況，可說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是CD．
A．v生成（CO₂）=v消耗（CO）　　　　　　　　
B．混合氣體的密度不再改變
C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變
D．NO、CO、N₂、CO₂的濃度均不再變化
E．單位時(shí)間內(nèi)生成2n　mol碳氧雙鍵的同時(shí)消耗n　molN≡N
③在t₂時(shí)刻，改變某一外界條件，正反應(yīng)速率的變化曲線如圖1所示：可能改變的條件是增大反應(yīng)物的濃度，增大壓強(qiáng)．

（3）有人提出可以用如圖2所示的電解原理的方法消除汽車尾氣，寫出陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)式CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．
（4）如果要凈化汽車尾氣同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，采用的措施是B．
A．降低溫度              B、增大壓強(qiáng)同時(shí)加催化劑
C、升高溫度同時(shí)充入N₂     D、及時(shí)將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
用蓋斯定律知：②×2-①-③得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
（2）一定溫度下體積為1L的密閉容器中，壓強(qiáng)與混合氣體的物質(zhì)的量成正比．列出“三段式”：
              2NO+2CO═N₂ +2CO₂
起始（mol）：2a+0.2     2a+0.1       0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：2a          2a          a       2a
平衡（mol）：0.2        0.1          a       2a
  
依題意得：0.2+0.1+a+2a=0.8（2a+0.2+2a+0.1）解得：a=0.3
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）{C}^{2}（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{1}^{2}}$=270
保持溫度及容器體積不變，平衡后在此基礎(chǔ)上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO時(shí)，使容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大，平衡向氣體計(jì)量數(shù)小的方向移動(dòng)，即向右移動(dòng)．
②A．v生成（CO₂）是向正反應(yīng)方向，v消耗（CO）也是向正反應(yīng)方向，不能達(dá)到平衡狀態(tài)；　B．由ρ_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/v知，密閉容器中m_{（混合氣體）}和v都不變，比值不變，即ρ_{（混合氣體）}不變，故密度不再改變不能達(dá)到平衡狀態(tài)；
C．由M_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/n_{（混合氣體）}，密閉容器中m_{（混合氣體）}不變，n_{（混合氣體）}，向正反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)減小，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)增大，故平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，平衡不移動(dòng)，能達(dá)到平衡狀態(tài)；　
D．NO、CO、N₂、CO₂的濃度不再變化是各物質(zhì)的濃度保持不變，能達(dá)到平衡狀態(tài)；
E．單位時(shí)間內(nèi)生成2nmol碳氧雙鍵即生成nmol的CO₂，反應(yīng)向正反應(yīng)方向，同時(shí)消耗nmolN≡N
即消耗nmolN₂反應(yīng)向逆反應(yīng)方向，但不與物質(zhì)計(jì)量數(shù)成正比，故不能達(dá)到平衡狀態(tài)．
選C，D；
③根據(jù)圖象知，改變某一外界條件，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可增大反應(yīng)物的濃度，也可增大壓強(qiáng)．3
（3）陽(yáng)極發(fā)生是失電子的一極為CO，CO失電子后為CO₂在KOH電解質(zhì)溶液中最終生成CO₃^2-，電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H²O；
（4）提高該反應(yīng)的速率可以增大壓強(qiáng)或升高溫度，提高NO的轉(zhuǎn)化率應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)．A降低溫度降低了反應(yīng)的速率；B增大壓強(qiáng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)同時(shí)加催化劑提高該反應(yīng)的速率；
C、升高溫度提高該反應(yīng)的速率，同時(shí)充入N₂使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
D、及時(shí)將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走壓強(qiáng)降低，降低了反應(yīng)的速率．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
用蓋斯定律知：②×2-①-③得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
故答案為：-746.5；
（2）列出“三段式”：
              2NO+2CO═N₂ +2CO₂
起始（mol）：2a+0.2     2a+0.1       0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：2a          2a          a       2a
平衡（mol）：0.2        0.1          a       2a
  
依題意得：0.2+0.1+a+2a=0.8（2a+0.2+2a+0.1）解得：a=0.3
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）{C}^{2}（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{1}^{2}}$=270
故答案為：270
平衡后在此基礎(chǔ)上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO時(shí)，使容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大，平衡向氣體計(jì)量數(shù)小的方向移動(dòng)，即向右移動(dòng)．
故答案為：向右
②A．v生成（CO₂）是向正反應(yīng)方向，v消耗（CO）也是向正反應(yīng)方向，不能達(dá)到平衡狀態(tài)；　　　　　　
　B．由ρ_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/v知，密閉容器中m_{（混合氣體）}和v都不變，比值不變，即ρ_{（混合氣體）}不變，故密度不再改變不能達(dá)到平衡狀態(tài)；
C．由M_{（混合氣體）}=m_{（混合氣體）}/n_{（混合氣體）}，密閉容器中m_{（混合氣體）}不變，n_{（混合氣體）}，向正反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)減小，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)增大，故平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，平衡不移動(dòng)，能達(dá)到平衡狀態(tài)；　
D．NO、CO、N₂、CO₂的濃度不再變化是各物質(zhì)的濃度保持不變，能達(dá)到平衡狀態(tài)；
E．單位時(shí)間內(nèi)生成2nmol碳氧雙鍵即生成nmol的CO₂，反應(yīng)向正反應(yīng)方向，同時(shí)消耗nmolN≡N
即消耗nmolN₂反應(yīng)向逆反應(yīng)方向，但不與物質(zhì)計(jì)量數(shù)成正比，故不能達(dá)到平衡狀態(tài)．
故答案為：C，D

③根據(jù)圖象知，改變某一外界條件，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可增大反應(yīng)物的濃度，也可增大壓強(qiáng)．
故答案為：增大反應(yīng)物的濃度，增大壓強(qiáng)．
（3）陽(yáng)極發(fā)生是失電子的一極為CO，CO失電子后為CO₂在KOH電解質(zhì)溶液中最終生成CO₃^2-，電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O
（4）提高該反應(yīng)的速率可以增大壓強(qiáng)或升高溫度，提高NO的轉(zhuǎn)化率應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)．A降低溫度降低了反應(yīng)的速率；B增大壓強(qiáng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)同時(shí)加催化劑提高該反應(yīng)的速率；
C、升高溫度提高該反應(yīng)的速率，同時(shí)充入N₂使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
D、及時(shí)將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走壓強(qiáng)降低，降低了反應(yīng)的速率．
故答案為：B；

點(diǎn)評(píng) 考查用“三段式“進(jìn)行化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算；化學(xué)平衡狀態(tài)的特征判斷；電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液；注意物質(zhì)CO₂特殊的結(jié)構(gòu)式．