Question

10．“霾”是当今世界环境热点话题．目前各地空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气．NO和CO气体均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生如下反应：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
（1）在一定温度下，将2.0molNO、2.4mol CO气体通入固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图1所示：

①0〜15min NO的转化率为40%．
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是cd（选填序号）．
a．缩小容器体积    b．增加CO的量        c．降低温度       d．扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变，20min时再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化学平衡将向左（选填“向左”，“向右”或“不”）移动，重新达到平衡后，该反应的化学平衡数为$\frac{5}{36}$L/mol．
（2）己知：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）CO的燃烧热△H=-ckJ•mol^-1（c＞0）则在消除汽车尾气中NO₂的污染时，NO₂与CO发生反应的热化学反应方程式4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c） kJ•mol^-1．
（3）工业废气中含有的NO₂还可用电解法消除．制备方法之一是先将NO₂转化为N₂O₄，然后采用电解法制备N₂O₅，装置如图2所示．Pt乙为阴极，电解池中生成N₂O₅的电极反应式是N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂）；利用浓度变化量之比等于化学计量数之比计算NO浓度变化量，再根据n=cV计算参加反应NO的物质的量，进而计算NO的转化率；
②a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，移动结果不能消除CO浓度增大；
b．增加CO的量，CO的浓度增大；
c．降低温度，平衡向正反应方向移动；
d．扩大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，平衡时CO浓度减小；
③温度不变，平衡常数不变，利用三段式计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，再计算此时浓度商Qc，与平衡常数相比，判断反应进行方向；
（2）根据CO的燃烧热书写CO燃烧的热化学方程式，根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也进行相应的计算；
（3）由图可知，乙电极上有四氧化二氮生成，发生还原反应，则乙为阴极，故甲为阳极，N₂O₄在阳极失去电子，在硝酸条件下生成N₂O₅，根据电荷守恒可知，还有氢离子生成．

解答 解：（1）①由图可知，15min N₂的浓度变化量为0.2mol/L，浓度变化量之比等于化学计量数之比，则NO浓度变化量为2×0.2mol/L=0.4mol/L，故参加反应的NO为2L×0.4mol/L=0.8mol，故NO的转化率为$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40%，
故答案为：40%；
②a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，移动结果不能消除CO浓度增大，平衡时CO浓度增大，故a错误；
b．增加CO的量，平衡虽然向正反应方向移动，但CO的转化率减小，到平衡时CO的浓度增大，故b错误；
c．降低温度，平衡向正反应方向移动，到达新平衡时CO的浓度减小，故c正确；
d．扩大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，但CO的物质的量增大程度小于体积增大程度，所以CO浓度减小，
故选cd，
故答案为：cd；
③平衡时氮气浓度变化量为0.2mol/L，NO的起始浓度为$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、CO的起始浓度为$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L，则：
                        2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
开始（mol/L）：1                1.2                 0             0
转化（mol/L）：0.4            0.4               0.4            0.2
平衡（mol/L）：0.6           0.8               0.4              0.2
故平衡常数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时再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，此时浓度商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=$\frac{5}{36}$，故反应向逆反应进行，即向左移动，
温度不变，平衡常数不变，即重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为$\frac{5}{36}$L/mol，
故答案为：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
根据盖斯定律，①-②+2×③得：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c ）kJ•mol^-1，
故答案为：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c ）kJ•mol^-1；
（3）由图可知，乙电极上有四氧化二氮生成，发生还原反应，则乙为阴极，故甲为阳极，N₂O₄在阳极失去电子，在硝酸条件下生成N₂O₅，根据电荷守恒可知，还有氢离子生成，电解池中生成N₂O₅的电极反应式是：N₂O₄+2HNO₃-2e-=2N₂O₅+2H⁺，
故答案为：阴；N₂O₄+2HNO₃-2e-=2N₂O₅+2H⁺．

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学平衡移动、化学反应速率计算、平衡常数计算及应用、热化学方程式书写、电解原理及电极反应式书写等，属于拼合型题目，化学平衡常数的有关计算是高考热点，理解掌握化学平衡常数与浓度商的关系确定反应方向，（1）中②为易错点，学生容易根据平衡移动判断浓度变化，注意对平衡移动原理的理解：“减弱改变”而不是“消除改变”，也可以借助平衡常数理解，题目难度中等．