Question

9．为了减轻大气污染，可在汽车尾气排放处加装“催化净化器”装置．
（1）通过“催化净化器”的 CO、NO在催化剂和高温作用下可发生可逆反应，转化为参与大气循环的无毒混合气体，写出该反应的化学方程式是2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2CO₂．
（2）在一定温度下，向1L密闭恒容容器中充入0.5mol NO、2mol CO，发生上述反应，20S时反应达平衡，此时CO的物质的量为1.6mol．请回答下列问题：
①前20s内平均反应速率v（CO）为0.02mol•L^-1•S^-1．
②在该温度下反应的平衡常数K=1.25．
③关于上述反应，下列叙述不正确的是AD（填编号）．
A．达到平衡时，移走部分CO₂，平衡将向右移动，正反应速率加快
B．缩小容器的体积，平衡将向右移动
C．在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快10⁵倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快10⁸倍，则应该选用乙催化剂
D．若保持平衡时的温度不变，再向容器中充入0.4molCO和0.8mol N₂，则此时v_正＞v_逆
④已知上述实验中，c（CO）与反应时间t变化曲线Ⅰ．
若其它条件不变，将0.5mol NO、2mol CO投入2L容器进行反应，请在图1绘出c（CO）与反应时间t₁变化曲线Ⅱ．

（3）测试某汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线如图2，请回答：前0-10s 阶段，CO、NO百分含量没明显变化的原因是尚未达到催化剂工作温度（或尚未达到反应的温度）．

Answer 1

分析 （1）CO与NO反应，生成无毒气体为氮气和二氧化碳；
（2）①反应速率=$\frac{△c}{△t}$；
②结合平衡三段式列式计算平衡浓度，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积得到；
③依据化学平衡移动原理分析选项，改变条件，平衡向减弱这种改变的方向进行；
④反应前后气体体积减小，若其它条件不变，将0.5mol NO、2mol CO投入2L容器进行反应，相当于原来的平衡状态减小压强，平衡浓度减小，反应速率减小，平衡向气体体积增大的分析进行；
（3）汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线变化分析，开始的气体含量变化不大，说明温度低，催化剂的作用未起作用；

解答 解：（1）由NO、CO相互反应转换成无毒的气体，即生成氮气和二氧化碳，该反应的化学反应方程式为2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2CO₂，
故答案为：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2CO₂；
（2）在一定温度下，向1L密闭容器中充入0.5mol NO、2mol CO，发生上述反应②，20S反应达平衡，此时CO的物质的量为1.6mol，依据化学平衡三段式列式计算：
               2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol）   0.5      2         0       0
变化量（mol）   0.4       0.4       0.2     0.4
平衡量（mol）   0.1      1.6       0.2     0.4
①前20s内平均反应速率v（NO）=$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{20s}$=0.02mol•L^-1•S^-1；  
故答案为：0.02mol•L^-1•S^-1；  
②体积为1L，物质的量数值为浓度数值，计算得到平衡常数K=$\frac{0.2×0．{4}^{2}}{0．{1}^{2}×1．{6}^{2}}$=1.25；
故答案为：1.25；       
③A．达到平衡时，移走部分CO₂，平衡将向右移动，正反应速率减小，故A错误；
B．反应是气体体积减小的反应，缩小容器的体积，压强增大，平衡将向右移动，故B正确；
C．催化剂对正逆反应速率影响程度相同，在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快10⁵倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快10⁸倍，则应该选用乙催化剂，故C正确；
D．若保持平衡时的温度和压强不变，再向容器中充入0.4molCO和0.8mol N₂，浓度商Q=$\frac{1×0．{4}^{2}}{0．{1}^{2}×{2}^{2}}$=4＞K，平衡逆向进行，则此时v_正＜v_逆 ，故D错误；
故答案为：AD；
④若其它条件不变，将0.5mol NO、2mol CO投入2L容器进行反应，浓度减小一半，若平衡不动，得到c（CO）浓度应为0.8mol/L，但恒温恒容条件下，将0.5mol NO、2mol CO投入2L容器，减少压强，平衡逆向进行，一氧化碳浓度应略高于0.8mol/L，起点一氧化碳浓度为1mol/L；终点的时间比t长；c（CO） 比0.8略高些，画出的图象为：
；
故答案为：；
（3）汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线变化分析，开始的气体含量变化不大，说明温度低，催化剂的作用未起作用；证明反应未达到催化剂工作温度（或尚未达到反应的温度）；
故答案为：尚未达到催化剂工作温度（或尚未达到反应的温度）．

点评 本题考查了化学方程式的书写方法，化学平衡的计算分析判断，平衡常数和转化率，反应速率的概念的计算应用，图象分析应用是解题关键，题目难度中等．