Question

目前，全国多个地区为雾霾所困，氮氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一．消除氮氧化物有多种方法．在汽车上安装三效催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物（CO、NO_x、碳氢化合物）进行相互反应，生成无毒物质，减少汽车尾气污染．
已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
（1）汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是

 

．汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO（g）═2C（s）+O₂（g），简述该设想能否实现的依据：

 

．
（2）汽车尾气中转化器中发生的反应：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
（3）在一定温度下，在体积2L的密闭容器中充入0.8mol NO和0.7mol CO，5s达到平衡状态，此时容器中N₂的体积分数为0.25．
①达到平衡时N₂平均反应速率v（N₂）=

 

mol?L^-1?s^?1，则该反应的平衡常数K=

 

；若升高体系的温度，K值将

 

（填“增加”、“减小”或“不变”）．
②如图，在t₂时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，在其他条件不变的情况下，t₃时刻达到新的平衡状态．请在图中补充画出从t₂到t₄时刻正反应速率随时间的变化曲线：
（4）如果要净化汽车尾气同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施是

 

．
A．降低温度                B．增大压强同时加催化剂
C．升高温度同时充入N₂       D．及时将CO₂和N₂从反应体系中移走．

Answer 1

分析：（1）根据温度对化学平衡的影响进行判断；根据△G=△H-T?△S进行判断，如△G＜0，则反应能自发进行，如△G＞0，则不能自发进行；
（2）依据盖斯定律结合热化学方程式计算出该反应的焓变；
（3）①设出氮气在平衡时的物质的量，然后利用三段式及氮气的体积分数计算出氮气的物质的量，再根据反应速率表达式计算出氮气的平均反应速率、根据平衡常数表达式计算出该反应在该温度下的平衡常数；该反应为放热反应，升高温度后平衡向着逆向移动，平衡常数减小；
②增大容器体积，减小了压强，正逆反应速率减小，平衡向着气体体积增大的方向移动，据此画出从t₂到t₄时刻正反应速率随时间的变化曲线；
（4）根据影响化学反应速率、化学平衡的因素进行判断．

解答：解：（1）由于升高温度，反应速率加快，平衡朝生成NO的方向移动，会导致单位时间内NO排放量越大；由于反应2CO（g）═2C（s）+O₂（g）中△H＞0，△S＜0，在任何情况下都不能自发进行，
故答案为：升高温度，反应速率加快，平衡朝生成NO的方向移动；不可行，因为△H＞0，△S＜0，在任何情况下都不能自发进行；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
根据盖斯定律可得：③×2-①-②，2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
故答案为：-746.5 kJ?mol^-1；
（3）①设达到平衡时氮气的物质的量为xmol，则   
           2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
反应前（mol）0.8      0.7       0         0
变化（mol）  2x       2x        x         2x
平衡（mol）0.8-2x     0.7-2x    x         2x
达到平衡时氮气的体积分数为：

x

(0.8-2x)+(0.7-2x)+x+2x

=0.25，
解得：x=0.3，
达到平衡时氮气的反应速率为：v（N₂）=

0.3mol 2L

5s

=0.03mol?L^-1?s^?1；
达到平衡时各组分浓度为：c（CO）=

(0.7-0.3×2)mol

2L

=0.05mol/L，c（NO）=

(0.8-0.3×2)mol

2L

=0.1mol/L，c（N₂）=

0.3mol

2L

=0.15mol/L，c（CO₂）=

0.3mol×2

2L

=0.3mol/L，该温度下该反应的平衡常数为：K=

0.15×0．32

0.052×0．12

=540；
由于该反应为放热反应，升高温度后平衡向着逆向移动，该反应的平衡常数减小，
故答案为：0.03；540；减小；
②在t₂时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，则正逆反应速率均是减小的，但平衡向正反应方向一定，所以正确的图象应该是（见答案）．在t₂时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，则正逆反应速率均是减小的，但平衡向逆反应方向移动，所以正确的图象应该是，
故答案为：
（4）2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
A．降低温度，反应速率会减小，无法通过反应速率，故A错误；               
B．增大压强同时加催化剂，增大压强后，平衡向着正向移动，一氧化氮的转化率增大，且反应速率增大，使用催化剂，反应速率加快，故B正确；
C．升高温度同时充入N₂，升高温度平衡向着逆向移动，一氧化氮的转化率减小，故C错误；
D．及时将CO₂和N₂从反应体系中移走，一氧化氮的转化率增大，但是反应速率减小，故D错误
故答案为：B．

点评：本题考查了化学平衡的建立过程、化学平衡的影响因素、有关化学平衡常数的计算等知识，题目难度较大，注意掌握化学平衡的影响因素，明确化学平衡常数的概念及计算方法．