Question

11．CO和NO是汽车尾气的主要污染物．消除汽车尾气的反应式之一为：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．请回答下列问题：
（1）一定温度下，在一体积为VL的密闭容器中充入一定量的NO和CO时，反应进行到t时刻时达到平衡状态，此时n（CO）=a mol、n（NO）=2a mol、n（N₂）=b mol，且N₂占平衡混合气体总价体积的$\frac{1}{4}$．
①该反应的平衡常数K=$\frac{27V}{a}$（用只含a、V的式子表示）
②判断该反应达到平衡的标志是BD（填序号）
A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变
C．混合气体的密度不再改变
D．NO、CO、N₂、CO₂的物质的量浓度均不再变化
在一定温度下，将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示，则
①有害气体NO的转化率是40%，0～15min CO₂的平均反应速率v（CO₂）=0.027mol/（L•min）（保留小数点后三位）．
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件是CD（填序号）
A．增加CO₂的量  B．加入催化剂   C．降低温度  D．扩大容积体积．

Answer 1

分析 （1）①平衡时n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，则根据方程式可知生成CO₂是2bmol．又因为N₂占平衡混合气体总体积的$\frac{1}{4}$，所以平衡时混合气体的总的物质的量是4b mol，则4bmol=bmol+2bmol+amol+2amol，解得b=3a，再由平衡常数表达式K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$计算；
②可逆反应到达平衡时，正逆反应速率相等，反应各组分的浓度、含量不变，由此衍生的其它物理量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化，说明到达平衡；
（2）①发生反应：2NO+2CO=N₂+2CO₂，计算消耗CO物质的量，根据方程式计算消耗NO物质的量，进而计算NO转化率；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，可以使平衡向正反应方向移动，不能增大CO浓度、不能增大压强，否则到达平衡时CO浓度会增大，也可以扩大容器体积．

解答 解：（1）①平衡时n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，则根据方程式可知生成CO₂是2bmol．又因为N₂占平衡混合气体总体积的$\frac{1}{4}$，所以平衡时混合气体的总的物质的量是4b mol，则4bmol=bmol+2bmol+amol+2amol，解得：b=3a，再由平衡常数表达式K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{3a}{V}×（{\frac{6a}{V}）}^{2}}{（\frac{2a}{V}）^{2}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{27V}{a}$，
故答案为：$\frac{27V}{a}$；
②A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗，均表示正反应速率，所以不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．混合气体总质量不变，但物质的量是变化的，因此混合气体的平均相对分子质量不再改变可以说明反应达到平衡状态，故B正确；
C．在反应过程中气体总质量和容积始终是不变的，因此密度始终是不变的，则混合气体的密度不再改变不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．NO、CO、N₂、CO₂的物质的量浓度均不再变化，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确，
故答案为：BD；
（2）①发生反应：2NO+2CO=N₂+2CO₂，平衡时CO是1.6mol，则消耗CO是2.4mol-1.6mol=0.8mol，根据方程式可知消耗NO是0.8mol，因此有害气体NO的转化率是$\frac{0.8mol}{2.0mol}$×100%=40%，
v（N₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{15min}$=$\frac{1}{75}$mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，v（CO₂）=2v（N₂）=2×$\frac{1}{75}$mol/（L•min）=0.027mol/（L•min），
故答案为：40%；0.027mol/（L•min）；
②A．增加CO的量，CO浓度增大，故A错误；
B．加入催化剂平衡不移动，CO浓度不变，故B错误；
C．减小CO₂的量，平衡向正反应方向进行，CO浓度减小，故C正确；
D．扩大容积体积，压强减小，平衡虽然向逆反应方向进行，但平衡常数不变，CO浓度仍然减小，故D正确；
故答案为：CD．

点评 本题考查化学平衡有关计算、平衡状态判断、以及外界条件对平衡状态的影响等知识，是对学生综合能力的考查，题目难度中等，明确化学平衡及其影响因素为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．