Question

汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一．已知：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
③CO₂（g）?CO（g）+

1

2

O₂（g）△H₃
④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄
請完成以下問題：
（1）請根據(jù)反應①②③，確定反應④中△H₄=

 

．
（2）根據(jù)圖1，反應④的熱化學方程式為：

 

．該反應在

 

（填“高溫”“低溫”或“任意溫度”）下有利于該反應正向自發(fā)．
（3）圖2表示反應④的反應物NO、CO的起始物質(zhì)的量比、溫度對平衡時CO₂的體積分數(shù)的影響．
①W、Y、Z三點的平衡常數(shù)的大小關(guān)系為：

 

，X、Y、Z三點，CO的轉(zhuǎn)化率由大到小的順序是

 

②T₁℃時，在1L密閉容器中，0.1molCO和0.1molNO，達到Y(jié)點時，測得NO的濃度為0.02mol/L，則此溫度下平衡常數(shù)K=

 

（算出數(shù)值）．若此溫度下，某時刻測得CO、NO、N₂、CO₂的濃度分別為0.01mol/L
a mol/L、0.01mol/L、0.04mol/L，要使反應向正方向進行，a的取值范圍為

 

．
（4）恒溫恒容時，反應④中NO、CO按一定比例投料，反應過程中CO濃度隨時間的變化關(guān)系如圖3所示，請在同一圖中繪出N₂濃度隨時間的變化曲線．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關(guān)反應熱的計算

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到熱化學方程式；
（2）依據(jù)圖象分析，反應是放熱反應，反應的焓變△H=E₁-E₂，結(jié)合熱化學方程式書寫方法寫出，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應反應焓變；反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
（3）①圖象分析，反應物NO、CO的起始物質(zhì)的量比一定，反應是放熱反應，溫度越高平衡逆向進行，二氧化碳體積分數(shù)減小，平衡常數(shù)減��；溫度一定，隨反應物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X＜Y，Y-Z平衡正向進行，一氧化氮增大會提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，則Y＜Z；
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)用平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積得到，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析反應進行的分析；
（4）恒溫恒容時，反應④中NO、CO按一定比例投料，CO濃度隨時間的逐漸減少，N₂濃度隨時間逐漸增大．

解答： 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
③CO₂（g）?CO（g）+

1

2

O₂（g）△H₃
依據(jù)蓋斯定律計算③×2+①得到N₂（g）+2CO₂（g）=2CO（g）+2NO（g）△H=△H₁+2△H₃，
改變反應方向得到反應④的熱化學方程式為：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄ =-△H₁-2△H₃，
故答案為：-△H₁-2△H₃，
（2）圖象分析，反應是放熱反應，反應的焓變△H=E₁-E₂=145KJ/mol-890KJ/mol=-745KJ/mol，熱化學方程式為：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-745KJ/mol；反應是放熱反應，△H＜0，△S＜0，低溫下△H-T△S＜0，
故答案為：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-745KJ/mol；低溫；
（3）①圖象分析，反應物NO、CO的起始物質(zhì)的量比一定，反應是放熱反應，溫度越高平衡逆向進行，二氧化碳體積分數(shù)減小，平衡常數(shù)減小，T₁＞T₂，由于Y、Z溫度相同，故Kw＞Ky=Kz；溫度一定，隨反應物NO、CO的起始物質(zhì)的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率X＜Y，Y-Z平衡正向進行，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：Kw＞Ky=Kz；Z＞Y＞X；
②T₁℃時，在1L的密閉容器中，充入0.1mol CO和0.1mol NO，達到Y(jié)點時，測得NO的濃度為0.02mol?L^-1，
               2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L） 0.1     0.1       0       0
變化量（mol/L） 0.08    0.08      0.04    0.08
平衡量（mol/L） 0.02    0.02      0.04    0.08
則此溫度下平衡常數(shù)K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.04×0.082

0.022×0.022

=1600，
某時刻測得CO、NO、N₂、CO₂的濃度分別為0.01mol?L^-1、a mol?L^-1、0.01mol?L^-1、0.04mol?L^-1，要使反應向正方向進行，應滿足Q＜K=1600，
Q=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.01×0.042

0.012×a2

＜1600，
a＞0.01，
故答案為：1600；a＞0.01；
（4）恒溫恒容時，反應④中NO、CO按一定比例投料，CO濃度隨時間的逐漸減少，N₂濃度隨時間逐漸增大，如圖所示，，故答案為：．

點評：本題考查了熱化學方程式書寫 和蓋斯定律計算，化學反應速率、平衡常數(shù)概念理解和計算應用，圖象分析方法，反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是關(guān)鍵，題目難度中等．