Question

13．汽车尾气净化中的一个反应如下：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），请回答下列问题：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
则2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
（2）一定温度下，向体积为1L的密闭容器中充入一定量的NO和CO．在t₁时刻达到平衡状态，此时n（CO）=0.1mol，n（NO）=0.2mol，n（N₂）=a　mol，且平衡时混合气体压强为初始气体压强的0.8．
①则该反应的平衡常数K=270．若保持温度及容器体积不变，平衡后在此基础上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO，平衡将向右移动（填“向左”、“向右”或“不”）．
②下列各种情况，可说明该反应已经达到平衡状态的是CD．
A．v生成（CO₂）=v消耗（CO）　　　　　　　　
B．混合气体的密度不再改变
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变
D．NO、CO、N₂、CO₂的浓度均不再变化
E．单位时间内生成2n　mol碳氧双键的同时消耗n　molN≡N
③在t₂时刻，改变某一外界条件，正反应速率的变化曲线如图1所示：可能改变的条件是增大反应物的浓度，增大压强．

（3）有人提出可以用如图2所示的电解原理的方法消除汽车尾气，写出阳极发生的电极反应式CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．
（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，采用的措施是B．
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）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
用盖斯定律知：②×2-①-③得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
（2）一定温度下体积为1L的密闭容器中，压强与混合气体的物质的量成正比．列出“三段式”：
              2NO+2CO═N₂ +2CO₂
起始（mol）：2a+0.2     2a+0.1       0        0
转化（mol）：2a          2a          a       2a
平衡（mol）：0.2        0.1          a       2a
  
依题意得：0.2+0.1+a+2a=0.8（2a+0.2+2a+0.1）解得：a=0.3
①该反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）{C}^{2}（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{1}^{2}}$=270
保持温度及容器体积不变，平衡后在此基础上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO时，使容器内的压强增大，平衡向气体计量数小的方向移动，即向右移动．
②A．v生成（CO₂）是向正反应方向，v消耗（CO）也是向正反应方向，不能达到平衡状态；　B．由ρ_{（混合气体）}=m_{（混合气体）}/v知，密闭容器中m_{（混合气体）}和v都不变，比值不变，即ρ_{（混合气体）}不变，故密度不再改变不能达到平衡状态；
C．由M_{（混合气体）}=m_{（混合气体）}/n_{（混合气体）}，密闭容器中m_{（混合气体）}不变，n_{（混合气体）}，向正反应方向移动时减小，向逆反应方向移动时增大，故平均相对分子质量不再改变，平衡不移动，能达到平衡状态；　
D．NO、CO、N₂、CO₂的浓度不再变化是各物质的浓度保持不变，能达到平衡状态；
E．单位时间内生成2nmol碳氧双键即生成nmol的CO₂，反应向正反应方向，同时消耗nmolN≡N
即消耗nmolN₂反应向逆反应方向，但不与物质计量数成正比，故不能达到平衡状态．
选C，D；
③根据图象知，改变某一外界条件，平衡向正反应方向移动，可增大反应物的浓度，也可增大压强．3
（3）阳极发生是失电子的一极为CO，CO失电子后为CO₂在KOH电解质溶液中最终生成CO₃^2-，电极反应式为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H²O；
（4）提高该反应的速率可以增大压强或升高温度，提高NO的转化率应使平衡向正反应方向移动．A降低温度降低了反应的速率；B增大压强使平衡向正反应方向移动同时加催化剂提高该反应的速率；
C、升高温度提高该反应的速率，同时充入N₂使反应向逆反应方向移动；
D、及时将CO₂和N₂从反应体系中移走压强降低，降低了反应的速率．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l③2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
用盖斯定律知：②×2-①-③得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-l．
故答案为：-746.5；
（2）列出“三段式”：
              2NO+2CO═N₂ +2CO₂
起始（mol）：2a+0.2     2a+0.1       0        0
转化（mol）：2a          2a          a       2a
平衡（mol）：0.2        0.1          a       2a
  
依题意得：0.2+0.1+a+2a=0.8（2a+0.2+2a+0.1）解得：a=0.3
①该反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）{C}^{2}（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{1}^{2}}$=270
故答案为：270
平衡后在此基础上再向容器中充入2a　mol的N₂、0.2mol的NO时，使容器内的压强增大，平衡向气体计量数小的方向移动，即向右移动．
故答案为：向右
②A．v生成（CO₂）是向正反应方向，v消耗（CO）也是向正反应方向，不能达到平衡状态；　　　　　　
　B．由ρ_{（混合气体）}=m_{（混合气体）}/v知，密闭容器中m_{（混合气体）}和v都不变，比值不变，即ρ_{（混合气体）}不变，故密度不再改变不能达到平衡状态；
C．由M_{（混合气体）}=m_{（混合气体）}/n_{（混合气体）}，密闭容器中m_{（混合气体）}不变，n_{（混合气体）}，向正反应方向移动时减小，向逆反应方向移动时增大，故平均相对分子质量不再改变，平衡不移动，能达到平衡状态；　
D．NO、CO、N₂、CO₂的浓度不再变化是各物质的浓度保持不变，能达到平衡状态；
E．单位时间内生成2nmol碳氧双键即生成nmol的CO₂，反应向正反应方向，同时消耗nmolN≡N
即消耗nmolN₂反应向逆反应方向，但不与物质计量数成正比，故不能达到平衡状态．
故答案为：C，D

③根据图象知，改变某一外界条件，平衡向正反应方向移动，可增大反应物的浓度，也可增大压强．
故答案为：增大反应物的浓度，增大压强．
（3）阳极发生是失电子的一极为CO，CO失电子后为CO₂在KOH电解质溶液中最终生成CO₃^2-，电极反应式为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；
故答案为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O
（4）提高该反应的速率可以增大压强或升高温度，提高NO的转化率应使平衡向正反应方向移动．A降低温度降低了反应的速率；B增大压强使平衡向正反应方向移动同时加催化剂提高该反应的速率；
C、升高温度提高该反应的速率，同时充入N₂使反应向逆反应方向移动；
D、及时将CO₂和N₂从反应体系中移走压强降低，降低了反应的速率．
故答案为：B；

点评 考查用“三段式“进行化学平衡常数的计算；化学平衡状态的特征判断；电极反应考虑电解质溶液；注意物质CO₂特殊的结构式．