Question

20．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1mol NO
B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变
C．在恒温恒压的容器中，容器的体积保持不变
D．混合气体的平均相对分子质量保持不变
（4）反应③在高温（填“高温”或“低温”）下不利于自发进行．
（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的方程式结合平衡常数表达式书写方法解答；
（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，据此解答；
（4）依据反应CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）为放热的、熵减小的反应特点判断；
（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）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：K_p=$\frac{{p}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$；

（3）A．单位时间内生成1mol NO₂的同时消耗了1mol NO，都是正反应，故不能说明达到平衡状态，故A错误；
B．依据ρ=$\frac{m}{V}$，气体的总质量一定，体积一定，故密度保持不变，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．2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）为反应前后气体体积改变的反应，在恒温恒压的容器中，容器的体积保持不变，可以证明反应达到平衡状态，故C正确；
D．混合气体的容器中，容器的体积保持不变，依据M=$\frac{m}{n}$，气体的总质量不变，2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）为反应前后气体体积改变的反应，则物质的量n改变，平均摩尔质量未到达平衡前始终变化，只有达到平衡才能保持不变，所以可以证明反应达到平衡状态，故C正确；
故选：CD；
（4）反应CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）为放热的、熵减小的反应，要使△H-T△S＜0，则高温时不利于自发进行，故答案为：高温；
（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，平衡常数表达式的书写，化学平衡状态的判断，反应自发进行的判断依据，题目难度中等，侧重考查学生分析问题、解决问题的能力．