Question

7．“霧霾”是當今世界環境熱點話題．目前寧夏境內空氣質量惡化原因之一是機動車尾氣和燃煤產生的煙氣．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生如下反應：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ 2CO₂（g）+N₂（g）△H=-a kJ•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v=$\frac{△c}{△t}$，轉化率=$\frac{轉化量}{起始量}$×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根據平衡時濃度，結合平衡常數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，再根據濃度商與化學平衡常數相對大小判斷平衡移動方向；
（2）2CO（g）+2NO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1②
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1③
由蓋斯定律可知①-②+2×③得 4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）；
（3）由圖可知，乙電極上有四氧化二氮生成，發生還原反應，則乙為陰極，故甲為陽極，N₂O₄在陽極失去電子，在硝酸條件下生成N₂O₅，根據電荷守恒可知，還有氫離子生成．

解答 解：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=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）．c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×0．{8}^{2}}$=$\frac{5}{36}$L/mol，
故答案為：$\frac{5}{36}$；
（2）2CO（g）+2NO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1②
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1③
由①-②+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）由圖可知，乙電極上有四氧化二氮生成，發生還原反應，則乙為陰極，故甲為陽極，N₂O₄在陽極失去電子，在硝酸條件下生成N₂O₅，根據電荷守恒可知，還有氫離子生成，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 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡移動、化學反應速率計算、平衡常數計算及應用、熱化學方程式書寫、電解原理及電極反應式書寫等，屬于拼合型題目，化學平衡常數的有關計算是高考熱點，理解掌握化學平衡常數與濃度商的關系確定反應方向，（1）中②為易錯點，學生容易根據平衡移動判斷濃度變化，注意對平衡移動原理的理解：“減弱改變”而不是“消除改變”，也可以借助平衡常數理解．