Question

3．汽車尾氣中排放的N_xO_y和CO，科學家尋找高效催化劑實現(xiàn)大氣污染物轉(zhuǎn)化：
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₁
（1）已知：CO的燃燒熱△H₂=-283kJ•moL^-1．幾種化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學鍵	N≡N鍵	O=O鍵	N$\stackrel{←}{=}$O鍵
鍵能kJ/•mol-1	945	498	630

已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃，則：△H₁=-749kJ•moL^-1．
（2）CO與空氣在KOH溶液中構(gòu)成燃料電池（石墨為電極），若放電后電解質(zhì)溶液中離子濃度大小順序為
c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），則負極的反應(yīng)式為2CO-2e^-+3OH^-=HCO₃^-+H₂O；
（3）在一定溫度下，向2L的密閉容器中充入4.0molNO₂和4.0molCO，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)
4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H＜0，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

	0min	5min	10min	15min	20min
c（NO2）	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c（N2）	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①5～10min，用CO的濃度變化表示的反應(yīng)速率為：0.056mol/（L．min）
②能說明上述反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是BD
A．2n_正（NO₂）=n_逆（N₂） B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
C．氣體密度不變D．容器內(nèi)氣體壓強不變
③20min時，向容器中加入1.0molNO₂和1.0molCO，在t₁時刻再次達到平衡時，NO₂的轉(zhuǎn)化率比原平衡時變大（填“變大”、“變小”或“不變”）．
④計算此溫度下的化學平衡常數(shù)K=0.11
⑤在上述平衡的基礎(chǔ)上，在時間t₂、t₃時改變反應(yīng)的某一條件，反應(yīng)速率的變化如圖所示，則在t₃時刻改變的反應(yīng)條件是：降低溫度；在時間15-20，t₁-t₂，t₂-t₃，t₄-t₅時的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃、K₄，請比較各平衡常數(shù)的大小關(guān)系：K₁=K₂=K₃＜K₄．

Answer 1

分析 （1）化學反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和計算，CO的燃燒熱△H₂=-283kJ•moL^-1，即2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol，根據(jù)表中數(shù)據(jù)以及蓋斯定律來計算；
（2）CO與空氣在KOH溶液中構(gòu)成燃料電池中，負極上CO發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)離子存在形式確定電極反應(yīng)；
（3）①根據(jù)速率之比等于對應(yīng)物質(zhì)的化學計量數(shù)之比，v（CO）=4v（N₂），由此分析解答；
②達平衡狀態(tài)時各組分的濃度不隨時間的改變而改變；
③20min時，向容器中加入1.0molNO₂和1.0molCO，相當于增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動；
④化學平衡常數(shù)K等于平衡時生成物濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；
⑤t₃時刻反應(yīng)速率都減小，平衡正向移動，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以降低溫度；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高K值減�。�

解答 解：（1）焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和，則反應(yīng)①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=945kJ/mol+498kJ/mol-630kJ/mol×2=+183 kJ•moL^-1，CO的燃燒熱△H₂=-283kJ•moL^-1，即2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol ②，②-①得到2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），所以2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H₁=-566kJ/mol-183 kJ•moL^-1=-749kJ•moL^-1，
故答案為：-749kJ•moL^-1；
（2）CO與空氣在KOH溶液中構(gòu)成燃料電池中，負極上CO發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)離子濃度大小關(guān)系，得到電極反應(yīng)式為；2CO-2e^-+3OH^-=HCO₃^-+H₂O，故答案為：2CO-2e^-+3OH^-=HCO₃^-+H₂O；
（3）①根據(jù)速率之比等于對應(yīng)物質(zhì)的化學計量數(shù)之比，v（CO）=4v（N₂）=4×$\frac{0.22-0.15}{10-5}$=0.056mol/（L．min），故答案為：0.056mol/（L．min）；
②A．2n_正（NO₂）=n_逆（N₂），速率之比不等于計量數(shù)之比，故錯誤；
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達平衡狀態(tài)，故正確；
C．氣體密度一直不變，故錯誤；
D．容器內(nèi)氣體壓強不變，反應(yīng)達平衡狀態(tài)，故正確；故選：BD；
③20min時，向容器中加入1.0molNO₂和1.0molCO，相當于增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以二氧化氮的轉(zhuǎn)化率變大，故答案為：變大；   
④4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）
初起濃度：2       2         0       0
變化濃度：1      0.5       0.25     1
平衡濃度：1      1.5       0.25     1 
所以K=$\frac{0.25×{1}^{4}}{{1}^{4}×1．{5}^{2}}$=0.11，故答案為：0.11；
⑤t₃時刻反應(yīng)速率都減小，平衡正向移動，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以降低溫度；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高K值減小，其中15-20是增大壓強，t₁-t₂是使用催化劑，t₂-t₃時降低溫度，t₄-t₅時溫度不變，所以K₁、K₂、K₃、K₄的大小關(guān)系為：降低溫度；K₁=K₂=K₃＜K₄．

點評 本題考查圖象分析，為高頻考點，明確改變條件時正逆反應(yīng)速率相對大小及原平衡曲線關(guān)系、化學方程式特點是解本題關(guān)鍵，靈活運用外界條件對化學平衡移動影響、化學反應(yīng)速率影響來分析解答，題目難度不大．