Question

1．汽車尾氣是城市主要空氣污染物，研究控制汽車尾氣排放是保護環(huán)境的首要任務(wù)．
（1）汽車內(nèi)燃機工作時發(fā)生反應(yīng)N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），是導(dǎo)致汽車尾氣中含有NO的原因之一．T₀℃時將等物質(zhì)的量的N₂（g）和O₂（g）充入恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，圖1曲線a表示該反應(yīng)在T₀℃下N₂的濃度隨時間的變化，曲線b表示該反應(yīng)在某一起始條件改變時N₂的濃度隨時間的變化．下列敘述正確的是ad．
a．溫度T₀℃下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{4（{c}_{0}-{c}_{1}）^{2}}{{{c}_{1}}^{2}}$
b．溫度T₀℃下，隨著反應(yīng)的進行，混合氣體的密度減小
c．曲線b對應(yīng)的條件改變可能是充入了NO氣體
d．若曲b對應(yīng)的條件改變是溫度，可判斷△H＞0
（2）汽車安裝尾氣催化轉(zhuǎn)化器可將尾氣中的主要污染物轉(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)，反應(yīng)為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H．某科研小組為了探究催化劑的效果，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/（×10-4mol•L-1）	10.0	4.50	2.50	1.60	1.00	1.00
c（CO）/（×10-3mol•L-1）	3.60	3.05	2.85	2.76	2.70	2.70

①2～3s間的平均反應(yīng)速率v（N₂）=4.5×10^-5mol•L^-1•S¹．
②在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000．
③在使用等質(zhì)量催化劑時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應(yīng)速率．下圖表示在其他條件不變時，CO₂的濃度隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線．由此可知該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”“＜”），原因是溫度T₁到達平衡的時間短，反應(yīng)速率快，故溫度T₂＜T₁，溫度越高，平衡時CO₂的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0．
若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖2中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
④假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達到平衡時能提高NO轉(zhuǎn)化率的措施是降低反應(yīng)體系的溫度或縮小容器的體積．
（3）用NH₃還原NO_x生成N₂和H₂O也可以減少污染．現(xiàn)有NO、NO₂的混合氣3L，可用同溫同壓下3.5L的NH₃恰好使其完全轉(zhuǎn)化為N₂，則原混合氣體中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比為1：3．

Answer 1

分析 （1）a．依據(jù)氮氣的濃度變化，找出三段式，計算平衡常數(shù)即可；
b．此容器為恒容密閉容器，ρ=$\frac{m}{V}$，據(jù)此判斷即可；
c．若是充入NO，平衡逆向進行，氮氣濃度增大；
d．由圖可知，b曲線化學反應(yīng)速率快，若是升高溫度，氮氣的平衡濃度減小，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
（2）①2s-3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（NO）=$\frac{2.5mol/L-1.6mol/L}{3s-2s}$×10^-4=9×10^-5mol•L^-1•S¹，反應(yīng)速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比計算氮氣的反應(yīng)速率；
②計算出平衡時各物質(zhì)的濃度，結(jié)合平衡常數(shù)表達式可計算平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
③根據(jù)到達平衡的時間，判斷溫度高低，再根據(jù)不同溫度下到達平衡時CO₂的濃度高低，判斷溫度對平衡的影響，據(jù)此判斷反應(yīng)熱效應(yīng)；
催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時CO₂的濃度相同，據(jù)此作圖；
④能提高NO轉(zhuǎn)化率則化學平衡正向移動，利用影響化學平衡移動的因素來分析；
（3）氮氧化物與氨氣發(fā)生的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，氮氧化物把氨氣氧化為氮氣，本身被還原為氮氣，可以利用反應(yīng)方程式通過設(shè)未知列方程組計算；也可以根據(jù)氧化還原反應(yīng)的電子守恒計算；也可以利用平均值法計算．

解答 解：（1）a．          N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起（mol/L）     c₀ c₀ 0
轉(zhuǎn)（mol/L）     x      x       2x
平（mol/L）   c₁ c₁   2x
解2x=2（c₀ -c₁ ），故K=$\frac{4（{c}_{0}-{c}_{1}）^{2}}{{{c}_{1}}^{2}}$，故a正確；
b．反應(yīng)物和生成物均是氣體，故氣體的質(zhì)量m不變，容器為恒容容器，故V不變，那么密度ρ=$\frac{m}{V}$不變，故b錯誤；
c．由圖可知，b曲線氮氣的平衡濃度減小，故應(yīng)是平衡發(fā)生正向進行移動，若是充入NO平衡逆向進行，氮氣濃度增大，故c錯誤；
d．由圖可知，b曲線化學反應(yīng)速率快（變化幅度大），氮氣的平衡濃度減小，升高溫度平衡正向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即△H＞0，故d正確，故選ad，
故答案為：ad；
（2）①2s-3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（NO）=$\frac{2.5mol/L-1.6mol/L}{3s-2s}$×10^-4=9×10^-5mol•L^-1•S¹，v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=4.5×10^-5mol•L^-1•S¹，
故答案為：4.5×10^-5mol•L^-1•S¹；
②2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
初始濃度：10×10^-4    3.6×10^-3   0        0
變化濃度：9×10^-4     9×10^-4    4.5×10^-4   9×10^-4
平衡濃度：1×10^-4     2.7×10^-3  4.5×10^-4   9×10^-4
K=$\frac{4.5×1{0}^{-4}×（9×1{0}^{-4}）^{2}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000，
故答案為：5000；
③溫度T₁到達平衡的時間短，反應(yīng)速率快，故溫度T₂＜T₁，溫度越高，平衡時CO₂的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時CO₂的濃度相同，故c（CO₂） 在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：＜；溫度T₁到達平衡的時間短，反應(yīng)速率快，故溫度T₂＜T₁，溫度越高，平衡時CO₂的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，；
④降低反應(yīng)體系溫度，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，縮小容器體積，增大壓強，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：降低反應(yīng)體系的溫度或縮小容器的體積；
（3）根據(jù)反應(yīng)可知：氨氣被氧化為氮氣，NH₃～N₂～3e^-；一氧化氮被還原為氮氣，NO～N₂～2e^-二氧化氮被還原為氮氣NO₂～N₂～4e^-
設(shè)一氧化氮體積為x，二氧化氮體積為3-x，氨氣的體積為3.5L，根據(jù)電子守恒可知：3.5L×3=2x+4×（3-x），
x=0.75L，二氧化氮體積為2.25L，則相同條件下，混合氣體中NO和NO₂的體積比等于物質(zhì)的量之比=0.75：2.25=1：3；
故答案為：1：3．

點評 本題主要考查的是化學平衡建立的過程，涉及平衡常數(shù)的計算、平衡移動原理的應(yīng)用、催化劑對平衡的影響、氧化還原反應(yīng)單質(zhì)守恒等，綜合性較強，難度中等．