Question

16．“霾”是當(dāng)今世界環(huán)境熱點(diǎn)話題．目前寧夏境內(nèi)空氣質(zhì)量惡化原因之一是機(jī)動車尾氣和燃煤產(chǎn)生的煙氣．NO和CO氣體均為汽車尾氣的成分，這兩種氣體在催化轉(zhuǎn)換器中發(fā)生如下反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）

（1）在一定溫度下，將2.0mol NO、2.4mol CO氣體通入到固定容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化如圖1所示：
①0～15min N₂的平均速率v（N₂）=0.013mol/（L•min）；NO的轉(zhuǎn)化率為40%．
②20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，則改變的條件可能是cd（選填序號）．
a．縮小容器體積
b．增加CO的量
c．降低溫度
d．?dāng)U大容器體積
③若保持反應(yīng)體系的溫度不變，20min時再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化學(xué)平衡將向左移動（選填“向左”、“向右”或“不”），重新達(dá)到平衡后，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為$\frac{5}{36}$L/mol．
（2）已知：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1（b＞0）CO的燃燒熱△H=-c kJ•mol^-1（c＞0）則在消除汽車尾氣中NO₂的污染時，NO₂與CO發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=-a+b-2c kJ•mol^-1．
（3）工業(yè)廢氣中含有的NO₂還可用電解法消除．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2所示． Pt乙為陰極，電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式是N₂O₄+2HNO₃-2e-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂）；利用濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算NO濃度變化量，再根據(jù)n=cV計算參加反應(yīng)NO的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算NO的轉(zhuǎn)化率；
②a．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，移動結(jié)果不能消除CO濃度增大；
b．增加CO的量，CO的濃度增大；
c．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動；
d．?dāng)U大容器體積，壓強(qiáng)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時CO濃度減��；
③溫度不變，平衡常數(shù)不變，利用三段式計算平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$，再計算此時濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
（2）根據(jù)CO的燃燒熱書寫CO燃燒的熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計算；
（3）由圖可知，乙電極上有四氧化二氮生成，發(fā)生還原反應(yīng)，則乙為陰極，故甲為陽極，N₂O₄在陽極失去電子，在硝酸條件下生成N₂O₅，根據(jù)電荷守恒可知，還有氫離子生成．

解答 解：（1）①由圖可知，15min N₂的濃度變化量為0.2mol/L，則v（N₂）=$\frac{0.2mol/L}{15min}$=0.013mol/（L•min）；
濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則NO濃度變化量為2×0.2mol/L=0.4mol/L，故參加反應(yīng)的NO為2L×0.4mol/L=0.8mol，故NO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40%，
故答案為：0.013mol/（L•min）；40%；
②a．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，移動結(jié)果不能消除CO濃度增大，平衡時CO濃度增大，故a錯誤；
b．增加CO的量，平衡雖然向正反應(yīng)方向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，到平衡時CO的濃度增大，故b錯誤；
c．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，到達(dá)新平衡時CO的濃度減小，故c正確；
d．?dāng)U大容器體積，壓強(qiáng)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，但CO的物質(zhì)的量增大程度小于體積增大程度，所以CO濃度減小，
故選：cd；
③平衡時氮?dú)鉂舛茸兓�量�?.2mol/L，NO的起始濃度為$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、CO的起始濃度為$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L，則：
            2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
開始（mol/L）：1       1.2       0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.4     0.4       0.4      0.2
平衡（mol/L）：0.6     0.8       0.4      0.2
故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×0．{8}^{2}}$L/mol=$\frac{5}{36}$L/mol，
20min時再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，此時濃度商Qc=$\frac{0．{4}^{2}×（0.2+\frac{0.4}{2}）}{（0.6+\frac{0.4}{2}）^{2}×0．{8}^{2}}$=$\frac{5}{32}$＞K=$\frac{5}{36}$，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，即向左移動，
溫度不變，平衡常數(shù)不變，即重新達(dá)到平衡后，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為$\frac{5}{36}$L/mol，
故答案為：向左；$\frac{5}{36}$L/mol；
（2））①2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②+2×③得：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=-a+b-2c kJ•mol^-1，
故答案為：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=-a+b-2c kJ•mol^-1；
（3）由圖可知，乙電極上有四氧化二氮生成，發(fā)生還原反應(yīng)，則乙為陰極，故甲為陽極，N₂O₄在陽極失去電子，在硝酸條件下生成N₂O₅，根據(jù)電荷守恒可知，還有氫離子生成，電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式是：N₂O₄+2HNO₃-2e-=2N₂O₅+2H⁺，
故答案為：陰；N₂O₄+2HNO₃-2e-=2N₂O₅+2H⁺．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算、化學(xué)平衡移動、化學(xué)反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)計算及應(yīng)用、熱化學(xué)方程式書寫、電解原理及電極反應(yīng)式書寫等，屬于拼合型題目，化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計算是高考熱點(diǎn)，理解掌握化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商的關(guān)系確定反應(yīng)方向，（1）中②為易錯點(diǎn)，學(xué)生容易根據(jù)平衡移動判斷濃度變化，注意對平衡移動原理的理解：“減弱改變”而不是“消除改變”，也可以借助平衡常數(shù)理解．