Question

4．CO和NO都是常見的不成鹽氧化物．回答下列問題：

（1）工業(yè)土用一氧化碳制取氫氣的反應為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
已知420℃時，該反應的化學平衡常數K=9．如果反應開始時，在2L的密閉容器中充入CO和H₂O的物質的量都是0.60mol，5min末達到平衡，則此時CO的轉化率為75%．
恒溫恒容條件下，以下能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是a（填字母序號）．
a．V_消耗（CO）=V_生成（H₂O）                  b．c（CO₂）=c（CO）
c．混合氣體的總物質的量不再改變        d．混合氣體的密度不再改變
（2）①汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N₂和0₂反應，其能量變化示意圖如圖1：
寫出該反應的熱化學方程式：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•moL^-1．
②通過NO_x傳感器可監(jiān)測NO_x的含量，其工作原理如圖2，寫出NiO電極的電極反應式：NO+O^2--2e^-=NO₂．

Answer 1

分析 （1）在2L的密閉容器中充入CO和H₂O的物質的量都是0.60mol，5min末達到平衡，設平衡時轉化的CO為xmol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：0.6    0.6       0       0
變化量（mol）：x       x        x       x
平衡量（mol）：0.6-x  0.6-x     x       x
由于反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$列方程，進而計算CO轉化率；
可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（2）①反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
②由示意圖可知，NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮．

解答 解：（1）在2L的密閉容器中充入CO和H₂O的物質的量都是0.60mol，5min末達到平衡，設平衡時轉化的CO為xmol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：0.6    0.6       0       0
變化量（mol）：x       x        x       x
平衡量（mol）：0.6-x  0.6-x     x       x
由于反應前后氣體的體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，故K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{x×x}{（0.6-x）×（0.6-x）}$=9，解得x=0.45，故CO轉化率為$\frac{0.45mol}{0.6mol}$×1005=75%；
a．V_消耗（CO）=V_生成（H₂O）說明CO的生成與消耗速率相等，反應到達平衡，故a正確；
b．平衡時CO₂、CO的濃度關系與二氧化碳轉化率有關，平衡時不一定相等，故b錯誤；
c．混合氣體的總物質的量始終不變化，故c錯誤；
d．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故d錯誤，
故答案為：75%；a；
（1）①由圖可知，該反應中的反應熱△H=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以其熱化學反應方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•moL^-1，
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•moL^-1；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮，所以電極反應式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，
故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態(tài)判斷、熱化學方程式書寫、電解原理等，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡．