Question

汽車尾氣中含有CO、NO₂等有毒氣體，對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒氣體。
（1）汽車尾氣中CO、NO₂氣體在一定條件下可以發(fā)生反應(yīng)：
4CO(g)+2NO₂(g)4CO₂(g)+N₂(g)　ΔH=－1200 kJ·mol^－1
①恒溫恒容條件下，不能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是________(填序號)；
A．容器內(nèi)混合氣體顏色不再變化       B．容器內(nèi)的壓強保持不變
C．2v_逆(NO₂)=v_正(N₂)                  D．容器內(nèi)混合氣體密度保持不變
②能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向逆反應(yīng)方向移動的是________(填序號)；
A．及時分離出CO₂                                    B．適當升高溫度
C．減小容器體積使體系壓強增大       D．選擇高效催化劑
③對于該反應(yīng)，溫度不同(T₂>T₁)、其他條件相同時，下列圖像正確的是________(填序號)；
 
（2）汽車尾氣中CO與H₂O(g)在一定條件下可以發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) ΔH<0；820 ℃時在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，起始時按照右表進行投料，達到平衡狀態(tài)時K=1.0。

起始物質(zhì)的量	甲	乙	丙
n(H2O)/mol	0.10	0.20	0.20
n(CO)/mol	0.10	0.10	0.20

 
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為___________；平衡時，甲容器中CO的轉(zhuǎn)化率=       ；
②平衡時，比較下列容器中CO的轉(zhuǎn)化率：乙       甲(填“>”、“=”或“<”，下同)；丙       甲。    

Answer 1

（15分）
（1） ① C D　  ② B     ③ 乙（各2分）
（2） ①K=" c" (CO₂)·c (H₂)／[c (CO)·c (H₂O)]（2分）    50% （3分） 
②　>    = （各2分）　

解析試題分析：（1）①反應(yīng)體系中只有二氧化氮是紅棕色氣體，其余均為無色氣體，容器內(nèi)氣體顏色不再變化，說明二氧化氮濃度不再變化，即反應(yīng)達到平衡，故A錯誤；若反應(yīng)正向進行，由于正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，因此容器內(nèi)混合氣體的壓強逐漸減小，若壓強保持不變，說明各組分的物質(zhì)的量保持不變，即反應(yīng)達到平衡，故B錯誤；同一物質(zhì)表示的v_逆= v_正，不同物質(zhì)表示逆反應(yīng)速率和正反應(yīng)速率之比等于化學方程式中對應(yīng)系數(shù)之比，都能說明反應(yīng)達到平衡，即v_逆(NO₂)/v_正(N₂)=2/1，所以v_逆(NO₂)=2v_正(N₂)能說明反應(yīng)達到平衡，而2v_逆(NO₂)=v_正(N₂)不能說明反應(yīng)達到平衡，故C正確；混合氣體的密度等于質(zhì)量除以容器的容積，由于反應(yīng)物和生成物都是氣體，反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律，則混合氣體總質(zhì)量始終不變，由于容器的體積不變，則混合氣體的密度始終不會改變，因此密度不變不能說明反應(yīng)達到平衡，故D正確；②及時分離出二氧化碳，即減小生成物濃度，反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)方向移動，故A錯誤；ΔH=－1200 kJ·mol^－1，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡向吸熱反應(yīng)或逆反應(yīng)方向移動，故B正確；正反應(yīng)是氣體體積減小的方向，減小容器體積增大壓強，增大反應(yīng)物和生成物濃度，反應(yīng)速率增大，平衡向氣體體積減小或正反應(yīng)方向移動，故C錯誤；選擇高效催化劑，能增大反應(yīng)速率，但是對平衡無影響，平衡不移動，故D錯誤；③平衡時升高溫度，正逆反應(yīng)速率都會突然增大，且吸熱反應(yīng)方向的速率增大程度大于放熱反應(yīng)方向的速率，即逆反應(yīng)速率>正反應(yīng)速率>原平衡時的正逆反應(yīng)速率=原平衡時的逆反應(yīng)速率，故甲圖錯誤；升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡向逆反應(yīng)方向移動，既能縮短達到平衡的時間，又能使反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則T₂時曲線比T₁時先達到平衡，平衡時二氧化氮的轉(zhuǎn)化率降低，故乙圖正確；增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物的物質(zhì)的量減小，則一氧化碳的體積分數(shù)逐漸減小，而非增大；升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物的物質(zhì)的量增大，則一氧化碳的體積分數(shù)增大，而非減小，故丙圖錯誤；（2）①平衡常數(shù)等于平衡時生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，則CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)的平衡常數(shù)K的表達式為；由于容器容積未知，為了簡便計算過程，可設(shè)容積為1L，甲容器中CO的變化濃度為x mol·L^－1，先求該反應(yīng)中各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
起始濃度/mol·L^－1     0.10    0.10       0     0
變化濃度/mol·L^－1       x      x        x      x
平衡濃度/mol·L^－1   0.10—x  0.10—x     x      x
K===1.0
解得：x =0.050
②1）甲→乙，就是增大水蒸氣的濃度，增大一種反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，則一氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率：甲<乙（或者通過計算比較）；
可設(shè)容積為1L，乙容器中CO的變化濃度為y mol·L^－1，先求該反應(yīng)中各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
起始濃度/mol·L^－1     0.10    0.20       0     0
變化濃度/mol·L^－1       y      y        y      y
平衡濃度/mol·L^－1   0.10—y  0.20—y     y      y
K===1.0
解得：y =0.20/3
則平衡時乙容器中一氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為：×100%=×100%=67%>50%。
2）甲→丙，起始投料加倍、投料比不變，就是增大兩種反應(yīng)物濃度增大壓強，由于正反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，則平衡不移動，一氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率保持不變，則一氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率：甲=丙（或者通過計算比較）；
可設(shè)容積為1L，丙容器中CO的變化濃度為z mol·L^－1，先求該反應(yīng)中各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
起始濃度/mol·L^－1     0.20    0.20       0     0
變化濃度/mol·L^－1       z      z        z      z
平衡濃度/mol·L^－1   0.20—z  0.20—z     z      z
K===1.0
解得：z =0.10
則平衡時丙容器中一氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為：×100%=×100%=50%。
考點：考查化學反應(yīng)原理，涉及化學平衡的判斷依據(jù)、外界條件對化學反應(yīng)速率和平衡移動的影響、化學反應(yīng)速率和化學平衡圖像、平衡常數(shù)表達式、化學平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率的計算等。