Question

9．“霾”是當今世界環(huán)境熱點話題．目前我國許多地方空氣質(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氣體均為汽車尾氣的成分，這兩種氣體在催化轉換器中發(fā)生如下反應：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
（1）在一定溫度下，將2.0mol NO、2.4mol CO氣體通入到固定容積為2L的密閉容器中，反應過程中部分物質(zhì)的濃度變化如圖1所示：
①0～15min N₂的平均速率v（N₂）=0.013mol/（L•min）；NO的轉化率為40%．
②20min時，若改變反應條件，導致CO濃度減小，則改變的條件可能是cd（選填序號）．
a．縮小容器體積
b．增加CO的量
c．降低溫度
d．擴大容器體積
③若保持反應體系的溫度不變，20min時再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化學平衡將向左移動（選填“向左”、“向右”或“不”），重新達到平衡后，該反應的化學平衡常數(shù)為$\frac{5}{36}$L/mol．
（2）已知：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1（b＞0）CO的燃燒熱△H=-c kJ•mol^-1（c＞0）則在消除汽車尾氣中NO₂的污染時，NO₂與CO發(fā)生反應的熱化學反應方程式為4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c） kJ•mol^-1．
（3）工業(yè)廢氣中含有的NO₂還可用電解法消除．制備方法之一是先將NO₂轉化為N₂O₄，然后采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖2所示．Pt乙為陰極，電解池中生成N₂O₅的電極反應式是N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%進行計算；
②若改變反應條件，導致CO濃度減小，可以采用改變溫度或容器容積的方法；
③根據(jù)平衡時濃度，結合平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積計算其平衡常數(shù)，再根據(jù)濃度商與化學平衡常數(shù)相對大小判斷平衡移動方向；
（2）已知：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-a kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1（b＞0）②
CO的燃燒熱△H=-c kJ•mol^-1（c＞0）③
則在消除汽車尾氣中NO₂的污染時，根據(jù)蓋斯定律②-①-2×③得到所需熱化學方程式；
（3）Pt乙極由無水硝酸得到N₂O₄，發(fā)生還原反應，所以Pt乙為陰極，N₂O₄被氧化得N₂O₅，依據(jù)電荷守恒和原子守恒配平書寫電極反應．

解答 解：（1）①0～15min△C（N₂）=0.2mol/L，故0～15min N₂的平均速率v（N₂）=$\frac{0.2mol/L}{15min}$≈0.013mol/（L•min），
△C（N₂）=0.2mol/L，則△C（NO）=2△C（N₂）=0.2×2=0.4mol/L，△n（NO）=0.4mol/L×2L=0.8mol，故NO的轉化率=$\frac{0.8}{2}$×100%=40%；
故答案為：0.013mol/（L•min）；40%；
②a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，但CO濃度增大，故a錯誤；
b．增加CO的量，平衡向正反應方向移動，但CO的濃度增大，故a錯誤；
c．降低溫度，平衡向正反應方向移動，則CO的濃度減小，故c正確；
d．擴大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應方向移動，但CO濃度減小，故d正確；
故答案為：cd；
③第一次平衡時c（N₂）=0.2mol/L，c（CO）=0.8mol/L，c（CO₂）=2c（N₂）=0.4mol/L，c（NO）=$\frac{2.0mol}{2}$=0.6mol/L，
化學平衡常數(shù)K=$\frac{[C{O}_{2}]^{2}[{N}_{2}]}{[NO]^{2}[CO]^{2}}$=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×0．{8}^{2}}$=$\frac{5}{36}$L/mol，
若保持反應體系的溫度不變，20min時再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，則c（CO）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+$\frac{0.4}{2}$mol/L=0.4mol/L，c（NO）=0.6mol/L+$\frac{0.4}{2}$mol/L=0.8mol/L，其濃度商Qc=$\frac{0．{4}^{2}×0.4}{0．{8}^{2}×0．{8}^{2}}$=$\frac{5}{32}$L/mol＞$\frac{5}{36}$L/mol，則平衡向左移動，溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，
故答案為：向左；$\frac{5}{36}$L/mol；
（2）已知：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-a kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1（b＞0）②
CO的燃燒熱△H=-c kJ•mol^-1（c＞0）③
則在消除汽車尾氣中NO₂的污染時，NO₂與CO發(fā)生反應的熱化學反應方程式為：
根據(jù)蓋斯定律②-①-2×③得：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c） kJ•mol^-1 ，
故答案為：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c） kJ•mol^-1；
（3）Pt乙極由無水硝酸得到N₂O₄，發(fā)生還原反應，所以Pt乙為陰極，N₂O₄被氧化得N₂O₅所以電解池中生成N₂O₅的電極反應式是：N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：陰　N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．

點評 本題考查化學反應速率的計算、化學平衡移動原理及化學平衡常數(shù)的計算，原電池原理的理解應用，難度較大．要注意利用化學平衡常數(shù)與濃度商的關系確定反應方向．