Question

10．霧霾嚴(yán)重影響人們的生活，汽車尾氣排放是造成霧霾天氣的重要原因之一．已知汽車尾氣排放時容易發(fā)生以下反應(yīng)：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=b kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1
④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄
請回答下列問題：
（1）根據(jù)反應(yīng)①②③，確定反應(yīng)④中△H₄=2c-akJ•mol^-1．
（2）對于氣體參與的反應(yīng)，表示平衡常數(shù)K_p時用氣體組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替該氣體物質(zhì)的量濃度c（B），則反應(yīng)①的K_p=$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$（用表達(dá)式表示）．
（3）下列情況能說明反應(yīng)②已達(dá)平衡狀態(tài)的是CD（填編號）．
A．單位時間內(nèi)生成1mol NO₂的同時消耗了lmol NO
B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變
C．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
D．在恒溫恒壓的容器中，NO的體積分?jǐn)?shù)保持不變
（4）試分析高溫下不利于反應(yīng)③自發(fā)進(jìn)行的原因因為該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，即△H＜0，△S＜0．
（5）探究反應(yīng)④中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系，得到如圖1所示的曲線．試分析實際化工生產(chǎn)中不采用高壓的原因常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，并且高壓要增加成本．
（6）探究反應(yīng)④中平衡時CO₂的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物中$\frac{n（NO）}{n（CO）}$的比值、溫度的關(guān)系，得到如圖2所示的曲線．
①在X、Y、Z三點中，CO的轉(zhuǎn)化率從大到小的順序是Z＞Y＞X．
②若保持其他條件不變，請在圖2中，畫出溫度為T₂（T₂＜T₁）時的變化趨勢曲線．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)②×2-③即得，確定反應(yīng)④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），據(jù)此計算焓變；
（2）根據(jù)反應(yīng)①的方程式得出K_p=$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$；
（3）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論（4）根據(jù)該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)結(jié)合△G=△H-T△S＜0自發(fā)判斷；
（5）根據(jù)圖象分析，常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，并且高壓轉(zhuǎn)化率增加不大，但增加成本較大，據(jù)此分析；
（6）①溫度一定，隨反應(yīng)物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大，X-Y反應(yīng)正向進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X＜Y，Y-Z平衡正向進(jìn)行，一氧化氮增大會提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，則Y＜Z；
②根據(jù)圖象1分析，溫度越低NO的平衡轉(zhuǎn)化率越大，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以溫度越低，平衡時二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)也越大，據(jù)此畫圖．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)②×2-③即得，確定反應(yīng)④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄=（2c-a）KJ/mol，故答案為：2c-a；
（2）根據(jù)反應(yīng)①的方程式得出K_p=$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$；
（3）A．單位時間內(nèi)生成1mol NO₂的同時消耗了lmol NO，都是正反應(yīng)，故不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．密度=$\frac{總質(zhì)量}{體積}$，總質(zhì)量一定，體積一定，故密度一定，故混合氣體的密質(zhì)不再發(fā)生改變不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明物質(zhì)的量不變，能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．在恒溫恒壓的容器中，NO的體積分?jǐn)?shù)保持不變，則反應(yīng)達(dá)平衡，能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選：CD；
（4）因為該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，即△H＜0，△S＜0，所以在高溫下△G=△H-T△S＞0非自發(fā)，
故答案為：因為該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，即△H＜0，△S＜0；
（5）根據(jù)圖象分析，常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，并且高壓轉(zhuǎn)化率增加不大，但增加成本較大，故答案為：常壓下NO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，并且高壓要增加成本；
（6）①溫度一定，隨反應(yīng)物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大，X-Y反應(yīng)正向進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X＜Y，Y-Z平衡正向進(jìn)行，一氧化氮增大會提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，則Y＜Z，X、Y、Z三點，CO的轉(zhuǎn)化率的從大到小的順序Z＞Y＞X，
故答案為：Z＞Y＞X；
②根據(jù)圖象1分析，溫度越低NO的平衡轉(zhuǎn)化率越大，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以溫度越低，平衡時二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)也越大，又T₂＜T₁，所以溫度為T₂時的變化趨勢曲線為：，故答案為：．

點評 本題考查了蓋斯定律計算，化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)概念理解和計算應(yīng)用，圖象分析方法，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是關(guān)鍵，題目難度中等．