Question

2014年1月4日，国家减灾办、民政部首次将危害健康的雾霾天气纳入2013年自然灾情进行通报．雾霾的形成与汽车尾气和燃煤有直接的关系，新近出版的《前沿科学》杂志刊发的中国环境科学研究院研究员的论文《汽车尾气污染及其危害》，其中系统地阐述了汽车尾气排放对大气环境及人体健康造成的严重危害．

（1）用SO₂气体可以消除汽车尾气中NO₂，已知NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于体积为1L 密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是

 

．
a．体系压强保持不变               
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变       
d．每消耗1mol SO₃的同时生成1mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，则平衡常数K=

 

．
（2）目前降低尾气中的NO和CO可行方法是在汽车排气管上安装催化转化器．NO和CO在催化转换器中发生反应：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ?mol^-1．在25℃和101kPa下，将2.0mol NO、2.4mol气体CO通入到固定容积为2L的容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图1所示：
①有害气体NO的转化率为

 

，0-15minNO的平均速率v（NO）=

 

mol/（L?min）．
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

 

（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如图2所示，无摩擦、无质量的活塞1、2将反应器隔成甲、乙两部分，在25℃和101kPa下实现平衡时，各部分体积分别为V_甲、V_乙．此时若去掉活塞1，不引起活塞2的移动．则x=

 

，V_甲：V_乙=

 

（3）消除汽车尾气中NO₂也可以用CO，已知2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1；CO的燃烧热△H=-c kJ?mol^-1．写处消除汽车尾气中NO₂的污染时，NO₂与CO的反应的热化学反应方程式

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

分析：（1）利用化学平衡的特征“等”、“定”来判定化学平衡，利用三段法计算平衡时的浓度来计算化学平衡常数；
（2）①根据氮气浓度计算参加反应的一氧化氮浓度，再根据转化率公式计算NO的转化率，根据v（NO）=

△c

△t

计算；
②若改变反应条件，导致CO浓度减小，可以采用改变温度或容器容积的方法；
③如图2所示，无摩擦、无质量的活塞1、2将反应器隔成甲、乙两部分，说明为等压容器，对应2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）只要转化到一边成比例即等效，若去掉活塞1，不引起活塞2的移动，说明新平衡与原平衡等效，据此分析；
（3）根据盖斯定律进行解答．

解答： 解：（1）本反应是反应前后气体分子数不变的反应，故体系的压强保持不变，故a不能说明反应已达到平衡状态；随着反应的进行，NO₂的浓度减小，颜色变浅，故b可以说明反应已达平衡；SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作为平衡状态的判断依据；d中所述的两个速率都是逆反应速率，不能作为平衡状态的判断依据．
                    NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）
  起始物质的体积       1a       2a             0     0
转化物质的体积         x        x              x     x
平衡物质的体积         1a-x     2a-x           x     x
则（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=

4

5

a，故平衡常数为=

x 2

(1a-x)(2a-x)

=

8

3

；故答案为：b；

8

3

．
（2）①0～15min△C（N₂）=0.2mol/L，同一可逆反应中，各物质浓度变化之比等于其计量数之比，所以△C（NO）=2△C（N₂）=0.4mol/L，NO的转化率=

0.4mol/L 2.0mol

2L

=40%；0～15min NO的平均速率v（NO）=

0.4mol/L

15min

=0.027mol/（L?min），
故答案为：40%；0.027；
②a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，但平衡时CO浓度大于第一次平衡浓度，故错误；
b．增加CO的量，平衡向正反应方向移动，但CO的转化率减小，所以CO的浓度增大，故错误；     
c．降低温度，平衡向正反应方向移动，则CO的浓度减小，故正确；   
d．扩大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，但平衡时CO浓度小于第一次平衡浓度，故正确；
故选c d；
③如图2所示，无摩擦、无质量的活塞1、2将反应器隔成甲、乙两部分，说明为等压容器，对应2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）只要转化到一边成比例即等效，所以有
               2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；
甲起始（mol）：0.8       0        x        4
转化（mol）：0.8+2x     2x       0      4-2x
乙起始（mol）：2.4       2        0        0   
若去掉活塞1，不引起活塞2的移动，说明新平衡与原平衡等效，则4-2x=0，解得x=2mol，
则甲相等于4molCO和4.8molNO刚好是乙的2倍，所以V_甲：V_乙=2：1，故答案为：2mol；2：1；    
（3）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）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ?mol^-1
将方程式①-②+2③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．

点评：本题考查了化学平衡的有关计算以及盖斯定律的应用，根据反应速率、转化率公式计算NO的反应速率、转化率，利用平衡移动原理分析平衡移动，难度不大．