Question

3．碳和氮是動植物體中的重要組成元素，向大氣中過度排放二氧化碳會造成溫室效應，氮氧化物會產生光化學煙霧，目前，這些有毒有害氣體的處理成為科學研究的重要內容．
（1）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關反應為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．
某研究小組向一個容器容積為3L且容積不變的密閉真空容器（固體試樣體積忽略不計）中加入NO和足量的活性炭，在恒溫（T₁℃）條件下反應，測得不同時間（t）時各物質的物質的量（n）如表：

n/mol t/min	NO	N2	CO2
0	2.00	0	0
10	1.16	0.42	0.42
20	0.80	0.60	0.60
30	0.80	0.60	0.60

①0min～10min以v（N₂）表示的反應速率為0.014mol/（L•min）．
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算T₁℃時該反應的平衡常數(shù)為0.56（保留兩位小數(shù)）．若某一時刻，容器中有1.2molC、1.2molNO、0.75molN₂和1.08molCO₂，此時v_（正）=v_（逆）（填“＞、＜、=”）
③下列各項能判斷該反應達到平衡狀態(tài)的是AC（填序號字母）．
A．v（NO）_（正）=2v（N₂）_（逆）         B．容器內CO₂和N₂的體積比為1：1
C．混合氣體的平均相對分子質量保持不變     D．容器內壓強保持不變
④一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉化率不變（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣．已知：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1，則CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的焓變△H=-41.2kJ•mol^-1．
（3）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生上述反應：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g），恒溫下c（CO）隨反應時間t變化的曲線Ⅰ如圖所示．
①若在t₀時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，則改變的條件是加入催化劑；

②若在t₀時刻將容器體積快速壓縮至2L（其他條件不變），請在圖中畫出c（CO）隨反應時間t變化的曲線．

Answer 1

分析 （1）①0min～10min內氮氣物質的量變化為0.42mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂）；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，20min時處于平衡狀態(tài)，再根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$計算平衡常數(shù)；計算濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比判斷反應進行方向，進而判斷v_（正）、v_（逆）相對大��；
③A．平衡狀態(tài)時不同物質表示的正逆速率之比等于化學計量數(shù)之比；
B．由于氮氣與二氧化碳化學計量數(shù)之比為1：1，則容器內生成容器內CO₂和N₂的體積比始終為1：1；
C．混合氣體總的物質的量不變，隨反應進行混合氣體總質量增大，則混合氣體的平均相對分子質量增大，平均相對分子質量保持不變說明到達平衡；
D．容器內壓強始終保持不變；
④一定溫度下，NO的起始濃度增大，等效為增大壓強，反應前后氣體的物質的量不變，平衡不移動，NO的轉化率不變；
（2）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），則焓變?yōu)槎�者之差�?br />（3）①若在t₀時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，改變條件瞬間CO濃度不變，平衡時CO的濃度不變，改變條件不影響平衡移動，同時縮短到達平衡的時間，升高溫度影響平衡移動，反應為氣體體積不變的反應，增大壓強平衡不移動，但CO的濃度會增大，應是使用催化劑；
②若在t₀時刻將容器體積快速壓縮至2L（其他條件不變），瞬間CO的濃度變?yōu)?\frac{2mol/L×3L}{2L}$=3mol/L，增大壓強最終平衡不移動，反應物轉化率不變，故平衡時CO的濃度為$\frac{3mol/L×3L}{2L}$=4.5mol/L，反應速率加快，縮短到達平衡時間．

解答 解：（1）①0min～10min內氮氣物質的量變化為0.42mol，則v（N₂）=$\frac{\frac{0.42mol}{3L}}{10min}$=0.014mol/（L•min），
故答案為：0.014mol/（L•min）；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，20min時處于平衡狀態(tài)，平衡時氮氣、二氧化碳物質的量均為0.6mol，NO為0.8mol，平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{\frac{0.6}{3}×\frac{0.6}{3}}{（\frac{0.8}{3}）^{2}}$=0.56；
由反應前后氣體的物質的量不變，可以用物質的量代替濃度計算濃度商，則Qc=$\frac{0.75×1.08}{1．{2}^{2}}$=0.56=K，故處于平衡狀態(tài)，則，此時v_（正）=v_（逆），
故答案為：0.56；=；
③A．由于v（NO）_（逆）=2v（N₂）_（逆），而v（NO）_（正）=2v（N₂）_（逆），則v（NO）_（逆）=v（NO）_（正），反應處于平衡狀態(tài)，故A正確；
B．由于氮氣與二氧化碳化學計量數(shù)之比為1：1，則容器內生成容器內CO₂和N₂的體積比始終為1：1，不能說明到達平衡，故B錯誤；
C．混合氣體總的物質的量不變，隨反應進行混合氣體總質量增大，則混合氣體的平均相對分子質量增大，平均相對分子質量保持不變說明到達平衡，故C正確；
D．反應前后氣體的物質的量不變，容器內壓強始終保持不變，故D錯誤，
故選：AC；
④一定溫度下，NO的起始濃度增大，等效為增大壓強，反應前后氣體的物質的量不變，平衡不移動，NO的轉化率不變，
故答案為：不變；
（2）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），則△H=131.3kJ•mol^-1-172.5kJ•mol^-1=-41.2kJ•mol^-1，
故答案為：-41.2kJ•mol^-1；
（3）①若在t₀時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，改變條件瞬間CO濃度不變，平衡時CO的濃度不變，改變條件不影響平衡移動，同時縮短到達平衡的時間，升高溫度影響平衡移動，反應為氣體體積不變的反應，增大壓強平衡不移動，但CO的濃度會增大，應是使用催化劑，
故答案為：加入催化劑；
②若在t₀時刻將容器體積快速壓縮至2L（其他條件不變），瞬間CO的濃度變?yōu)?\frac{2mol/L×3L}{2L}$=3mol/L，增大壓強最終平衡不移動，反應物轉化率不變，故平衡時CO的濃度為$\frac{3mol/L×3L}{2L}$=4.5mol/L，反應速率加快，縮短到達平衡時間，c（CO）隨反應時間t變化的曲線為：，
故答案為：．

點評 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡影響因素、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)計算及應用、反應熱的計算等，（3）中作圖為易錯點，注意CO的濃度問題，難度中等．