题目内容

19.汽车尾气的大量排放是造成“雾霾”的重要原因之一,NO和CO均为汽车尾气的重要成分,这两种气体在催化转化器中发生如下反应:2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2(g)+N2(g)△H=a kJ•mol-1.随着温度的升高,催化转化器的效率降低.
回答下列问题:
(1)上述反应中a<0(填“大于”、“小于”或“等于”)一定温度T1时,将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图所示,在0~15min时段,反应速率v(CO2)为0.0267mol•L-1•min-1.
(2)20min时,改变反应温度为T2,导致c(CO)以每分钟0.010mol•L-1的平均速率降低,经10min后又达到新的平衡,则:T2<T1(填“大于”、“小于”或“等于”).判断理由是改变反应温度,CO的浓度减小,平衡向正反应方向移动,正反应为放热反应,故降低温度,此时反应的平衡常数K1为0.139;
(3)若保持反应体系温度T2不变,当达到平衡后再向容器中充入NO,N2各0.2mol,化学平衡将向正反应移动(填“向正反应”、“向逆反应”或“不”),判断理由是保持反应体系温度T2不变,当达到平衡后再向容器中充入NO,N2各0.2mol,$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$值小于平衡常数,故平衡向正反应方向移动.

分析 (1)随着温度的升高,催化转化器的效率降低.说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应;
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(N2),再根据速率之比等于化学计量数之比计算v(CO2);
(2)改变反应温度,CO的浓度减小,说明平衡向正反应方向移动;
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$;
(3)根据Qc=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$判断浓度商与平衡常数关系,进而判断平衡移动方向.

解答 解:(1)随着温度的升高,催化转化器的效率降低.说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,即a<0;
0~15min内△C(N2)=0.2mol/L,则v(N2)=$\frac{0.2mol/L}{15min}$,故v(CO2)=2v(N2)=2×$\frac{0.2mol/L}{15min}$
≈0.0267mol/(L•min),
故答案为:<;0.0267mol/(L•min);
(2)改变反应温度,CO的浓度减小,平衡向正反应方向移动,正反应为放热反应,故降低温度,则T2<T1;
            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
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$=$\frac{0.{4}^{2}×0.2}{0.{6}^{2}×0.{8}^{2}}$=0.139,
故答案为:<,改变反应温度,CO的浓度减小,平衡向正反应方向移动,正反应为放热反应,故降低温度;0.139;
(3)保持反应体系温度T2不变,当达到平衡后再向容器中充入NO,N2各0.2mol,$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$值小于平衡常数,故平衡向正反应方向移动,
故答案为:向正反应;保持反应体系温度T2不变,当达到平衡后再向容器中充入NO,N2各0.2mol,$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$值小于平衡常数,故平衡向正反应方向移动.

点评 本题考查化学平衡影响因素、反应速率计算、化学平衡常数计算及应用、物质的量浓度与时间图象,注意理解平衡常数的应用.

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