Question

10．雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气排放是造成雾霾天气的重要原因之一．已知汽车尾气排放时容易发生以下反应：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=b kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1
④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄
请回答下列问题：
（1）根据反应①②③，确定反应④中△H₄=2c-akJ•mol^-1．
（2）对于气体参与的反应，表示平衡常数K_p时用气体组分（B）的平衡压强p（B）代替该气体物质的量浓度c（B），则反应①的K_p=$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$（用表达式表示）．
（3）下列情况能说明反应②已达平衡状态的是CD（填编号）．
A．单位时间内生成1mol NO₂的同时消耗了lmol NO
B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变
C．在恒温恒容的容器中，混合气体的平均相对分子质量不再改变
D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变
（4）试分析高温下不利于反应③自发进行的原因因为该反应为气体体积减小的放热反应，即△H＜0，△S＜0．
（5）探究反应④中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图1所示的曲线．试分析实际化工生产中不采用高压的原因常压下NO的转化率已经较高，并且高压要增加成本．
（6）探究反应④中平衡时CO₂的体积分数与反应物中$\frac{n（NO）}{n（CO）}$的比值、温度的关系，得到如图2所示的曲线．
①在X、Y、Z三点中，CO的转化率从大到小的顺序是Z＞Y＞X．
②若保持其他条件不变，请在图2中，画出温度为T₂（T₂＜T₁）时的变化趋势曲线．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，反应②×2-③即得，确定反应④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），据此计算焓变；
（2）根据反应①的方程式得出K_p=$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$；
（3）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论（4）根据该反应为气体体积减小的放热反应结合△G=△H-T△S＜0自发判断；
（5）根据图象分析，常压下NO的转化率已经较高，并且高压转化率增加不大，但增加成本较大，据此分析；
（6）①温度一定，随反应物NO、CO的起始物质的量比增大，X-Y反应正向进行，一氧化碳的转化率X＜Y，Y-Z平衡正向进行，一氧化氮增大会提高一氧化碳的转化率，则Y＜Z；
②根据图象1分析，温度越低NO的平衡转化率越大，说明该反应为放热反应，所以温度越低，平衡时二氧化碳的体积分数也越大，据此画图．

解答 解：（1）根据盖斯定律，反应②×2-③即得，确定反应④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄=（2c-a）KJ/mol，故答案为：2c-a；
（2）根据反应①的方程式得出K_p=$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$，故答案为：$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$；
（3）A．单位时间内生成1mol NO₂的同时消耗了lmol NO，都是正反应，故不能说明达到平衡状态，故A错误；
B．密度=$\frac{总质量}{体积}$，总质量一定，体积一定，故密度一定，故混合气体的密质不再发生改变不能说明达到平衡状态，故B错误；
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明物质的量不变，能说明达到平衡状态，故C正确；
D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变，则反应达平衡，能说明达到平衡状态，故D正确；
故选：CD；
（4）因为该反应为气体体积减小的放热反应，即△H＜0，△S＜0，所以在高温下△G=△H-T△S＞0非自发，
故答案为：因为该反应为气体体积减小的放热反应，即△H＜0，△S＜0；
（5）根据图象分析，常压下NO的转化率已经较高，并且高压转化率增加不大，但增加成本较大，故答案为：常压下NO的转化率已经较高，并且高压要增加成本；
（6）①温度一定，随反应物NO、CO的起始物质的量比增大，X-Y反应正向进行，一氧化碳的转化率X＜Y，Y-Z平衡正向进行，一氧化氮增大会提高一氧化碳的转化率，则Y＜Z，X、Y、Z三点，CO的转化率的从大到小的顺序Z＞Y＞X，
故答案为：Z＞Y＞X；
②根据图象1分析，温度越低NO的平衡转化率越大，说明该反应为放热反应，所以温度越低，平衡时二氧化碳的体积分数也越大，又T₂＜T₁，所以温度为T₂时的变化趋势曲线为：，故答案为：．

点评 本题考查了盖斯定律计算，化学反应速率、平衡常数概念理解和计算应用，图象分析方法，反应自发进行的判断依据是关键，题目难度中等．