Question

12．目前城市空氣質(zhì)量惡化原因之一是機動車尾氣和燃煤產(chǎn)生的煙氣．NO和CO均為汽車尾氣的成分，這兩種氣體在催化轉(zhuǎn)換器中發(fā)生如下反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-a kJ•mol^-1在一定溫度下，將2.0mol NO、2.4mol CO氣體通入到固定容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化如圖所示（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）：
（1）0～15min NO的平均速率v（NO）=0.0267mol/（L•min）；CO的轉(zhuǎn)化率為40.0%．
（2）15min后反應(yīng)達(dá)到平衡，若將此時得到的CO₂氣體用含有1.2mol KOH溶液吸收，則電解質(zhì)溶液中c（CO${\;}_{3}^{2-}$）-c（HCO${\;}_{3}^{-}$）=2c（H⁺）-2c（OH^-）+3c（H₂CO₃）（用粒子濃度符號表示）．
（3）20min時，若改變某一反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度增大，則改變的條件可能是ae（選填序號）．
a．縮小容器體積　　　b．?dāng)U大容器體積　　　c．增加NO的量
d．降低溫度　　　　　e．增加CO的量　　　 f．使用催化劑
（4）若保持反應(yīng)體系的溫度不變，20min時再向容器中充入CO、CO₂各0.4mol，化學(xué)平衡將向左移動（選填“向左”、“向右”或“不”），重新達(dá)到平衡后，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.139L/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（NO），再根據(jù)n=△c×V計算參加反應(yīng)CO的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算CO的轉(zhuǎn)化率；
（2）15min到達(dá)平衡，△n（CO₂）=△n（CO）=（1.2mol/L-0.8molL）×2L=0.8mol，CO₂與KOH物質(zhì)的量之比為2：3，則反應(yīng)生成KHCO₃、K₂CO₃，根據(jù)電荷守恒：c（K⁺）+c（H⁺）=2（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），由物料守恒可知：2c（K⁺）=3[c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）]；
（3）a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，移動結(jié)果不能消除CO濃度增大；
b．?dāng)U大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時CO濃度減�。�
c．增加NO的量，平衡正向移動；
d．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動；
e．增加CO的量，CO的濃度增大；
f．使用催化劑平衡不移動；
（4）溫度不變，平衡常數(shù)不變，計算平衡時各組分的濃度，代入K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算平衡常數(shù)，再計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行．

解答 解：（1）由圖可知，15min N₂的濃度變化量為0.2mol/L，速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則v（NO）=2v（N₂）=2×$\frac{0.2mol/L}{15min}$=0.0267mol/（L•min），參加反應(yīng)的CO為2L×（1.2-0.8）mol/L=0.8mol，故CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40.0%，
故答案為：0.0267mol/（L•min）；40.0%；
（2）15min到達(dá)平衡，△n（CO₂）=△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，CO₂與KOH物質(zhì)的量之比為1：3，則反應(yīng)生成KHCO₃、K₂CO₃，根據(jù)電荷守恒：c（K⁺）+c（H⁺）=2（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），由物料守恒可知：2c（K⁺）=3[c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）]，聯(lián)立可得：（CO₃^2-）-c（HCO₃^-）=2c（H⁺）-2c（OH^-）+3c（H₂CO₃），
故答案為：2c（H⁺）-2c（OH^-）+3c（H₂CO₃）；
（3）a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，移動結(jié)果不能消除CO濃度增大，平衡時CO濃度增大，故a正確；
b．?dāng)U大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，但平衡時CO濃度減小，故b錯誤；
c．增加NO的量，平衡正向移動，CO濃度減小，故c錯誤；
d．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO濃度減小，故d錯誤；
e．增加CO的量，CO的濃度增大，故e正確；
f．使用催化劑平衡不移動，CO濃度不變，故f錯誤，
故選：ae；
（4）平衡時氮氣濃度變化量為0.2mol/L，NO的起始濃度為$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、CO的起始濃度為$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L，則：
            2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
開始（mol/L）：1     1.2        0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.4   0.4        0.4      0.2
平衡（mol/L）：0.6   0.8        0.4      0.2
故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×0．{8}^{2}}$L/mol=$\frac{5}{36}$L/mol=0.139L/mol，
20min時再向容器中充入CO、CO₂各0.4mol，此時濃度商Qc=$\frac{（0.4+\frac{0.4}{2}）^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×（0.8+\frac{0.4}{2}）^{2}}$=0.2＞K=0.139，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，即向左移動，
溫度不變，平衡常數(shù)不變，即重新達(dá)到平衡后，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.139L/mol，
故答案為：向左；0.139L/mol．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、平衡常數(shù)計算與應(yīng)用、離子濃度大小比較等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活應(yīng)用能力，難度中等．