Question

2013年9月以來，我國很多地區(qū)大面積出現(xiàn)霧霾，特別是華中華北尤其嚴重，汽車尾氣、燃煤廢氣和冬季取暖排放的CO₂等都是形成霧霾的原因．
（1）用于凈化汽車尾氣的反應為：2NO（g）+2CO（g） 

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0，在一定溫度下，如圖1在一體積固定的密閉容器中充入一定量的NO和CO在t₁時刻達到平衡狀態(tài)．
①能判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志是

 

．
A．在單位時間內(nèi)生成1mol CO₂的同時消耗了1mol CO
B．混合氣體的密度不再改變
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
D．混合氣體的壓強不再變化
②在t₂時刻將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時刻達到新的平衡狀態(tài)，之后不再改變條件．請在圖1中補充畫出從t₂到t₄時刻正反應速率隨時間的變化曲線：

（2）CO對人類生存環(huán)境的影響很大，CO治理問題屬于當今社會的熱點問題．鎳與CO反應的化學方程式為Ni（s）+4CO（g）?Ni（CO）₄（g），鎳與CO反應會造成鎳催化劑中毒．為防止鎳催化劑中毒，工業(yè)上常用SO₂除去CO，生成物為S和CO₂．已知相關(guān)反應過程的能量變化如圖2則用SO₂除去CO的熱化學方程式為

 

．
（3）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．發(fā)生的化學反應是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）

180℃

催化劑

2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0．為提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是（任意填一種）

 

．
（4）已知反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），現(xiàn)將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進行反應，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實驗1條件下平衡常數(shù)K=

 

（保留小數(shù)點后二位）；
②實驗3中，若平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關(guān)系是

 

；
③該反應的△H

 

O（填“＞”或“＜”）；若在900℃時，另做一組實驗，在此容器中加入10mol CO、5mol H₂O、2mol CO₂、5mol H₂，則此時V_正

 

V_逆（填“＞”或“＜”）；
（5）工業(yè)廢氣中含有的NO₂還可用電解法消除．用NO₂為原料可制新型綠色硝化劑N₂O₅．制備方法之一是先將NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄，然后采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖3．Pt乙為

 

極，電解池中生成N₂O₅的電極反應式是

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）①化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷，得出正確結(jié)論；
②減小壓強，正逆反應速率減小，平衡向著氣體體積增大的方向移動；
（2）根據(jù)圖示進行書寫；
（3）增大一種反應物濃度，平衡正向移動；
（4）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計算平衡濃度，結(jié)合化學平衡常數(shù)概念計算；
②由于CO與H₂的化學計量數(shù)相等都為1，所以當兩者物質(zhì)的量相等時二者轉(zhuǎn)化率相等．要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂的物質(zhì)的量；
③第二組溫度比第一組高，反應物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時H₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應；對同一反應溫度相同，平衡常數(shù)相同．根據(jù)表中實驗2計算900℃時平衡常數(shù)，再計算實驗3濃度商，與平衡常數(shù)相比判斷平衡移動，據(jù)此解答；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要是失電子，所以N₂O₅在陽極區(qū)生成．

解答： 解：（1）①A．在單位時間內(nèi)生成1mol CO₂是正反應，同時消耗了1mol CO也是正反應，故A錯誤；
B．密度=

總質(zhì)量

體積

，總質(zhì)量不變，體積也不變，故混合氣體的密度不再改變不能作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)，故B錯誤；
C．平均分子量=

總質(zhì)量

總物質(zhì)的量

，總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量會變，故混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；
D．反應前后氣體的體積不等，故混合氣體的壓強不再變化可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D正確，
故答案為：CD；
②在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，則正逆反應速率均是減小的，但平衡向正反應方向一定，所以正確的圖象應該是（見答案）．在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，則正逆反應速率均是減小的，但平衡向逆反應方向移動，所以正確的圖象應該是，
故答案為：；
（2）由圖二可知，反應物為二氧化硫和一氧化碳，產(chǎn)物為硫和二氧化碳，故熱化學方程式為：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-（2b-a）kJ?mol^-1，
故答案為：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-（2b-a）kJ?mol^-1；
（3）增大NH₃濃度，平衡正向移動，氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：增大NH₃濃度；
（4）①H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度     1mol/L   2mol/L     0        0
轉(zhuǎn)化濃度   0.8mol/L   0.8mol/L  0.8mol/L  0.8mol/L
平衡濃度   0.2mol/L   1.2mol/L  0.8mol/L  0.8mol/L
K=

c(CO2)c(H2)

c(H2O)c(CO)

=

0.8×0.8

0.2×1.2

=2.67，
故答案為：2.67；
②由于CO與H₂的化學計量數(shù)相等都為1，所以當兩者物質(zhì)的量相等時二者轉(zhuǎn)化率相等．要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂的物質(zhì)的量，即a/b 的值小于1，
故答案為：a＜b；
③實驗1中CO的轉(zhuǎn)化率為

1.6

4

×100%=40%，實驗2中CO的轉(zhuǎn)化率為

0.4

2

×100%=20%，則實驗1的轉(zhuǎn)化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，故△H＜0；
對同一反應溫度相同，平衡常數(shù)相同．根據(jù)表中實驗2計算900℃時平衡常數(shù)，
   對于反應   CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2        1           0        0
變化（mol）：2-1.6=0.4 0.4          0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    1-0.4=0.6       0.4      0.4
900℃時平衡常數(shù)k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×1.6

=

1

6

，
實驗3的濃度商為Qc=

5×2

10×5

=

1

5

，大于平衡常數(shù)，反應向逆反應進行，所以V_正＜V_逆，
故答案為：＜；＜；
（5）從電解原理來看，N₂O₄制備N₂O₅為氧化反應，則N₂O₅應在陽極區(qū)生成，反應式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，故Pt乙為陰極，
故答案為：陰；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點評：本題考查化學平衡的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計算應用，電解池電極反應的書寫方法，題目難度較大，學習中注意相關(guān)解答方法的積累．