Question

6．為有效控制霧霾，各地積極采取措施改善大氣質量．研究并有效控制空氣中氮氧化物、碳氧化物含量顯得尤為重要．
Ⅰ．氮氧化物研究
（1）一定條件下，將2molNO與2molO₂置于恒容密閉容器中發生反應：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），下列各項能說明該反應達到平衡狀態的是abc．
a．體系壓強保持不變     b．混合氣體顏色保持不變
c．NO和O₂的物質的量之比保持不變   d．每消耗1molO₂，同時生成2molNO₂
（2）在T₁、T₂溫度下，一定量的NO發生分解反應時N₂的體積分數隨時間變化如圖1所示，根據圖象判斷反應N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的△H＞0（填“＞”或“＜”）．
（3）NO_x是汽車尾氣中的主要污染物之一．汽車發動機工作時會引發N₂和O₂反應，其能量變化示意圖如圖2：出該反應的熱化學方程式：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183kJ•mol^-1．
Ⅱ．碳氧化物研究
（1）在體積可變（活塞與容器之間的摩擦力忽略不計）的密閉容器如圖3所示，現將3molNH₃和2molCO₂放入容器中，移動活塞至體積V為2L，用鉚釘固定在A、B點，發生合成尿素的總反應如下：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 
測定不同條件、不同時間段內的CO的轉化率，得到如下數據：

	10min	20min	30min	40min
T1	30%	55%	65%	65%
T2	35%	50%	a1	a2

①根據上表數據，請比較T_1＞T₂（選填“＞”、“＜”或“=”）；T₂℃下，第30min 時，a₁=50%，該溫度下的化學平衡常數為4．
②T₂℃下，第40min時，拔去鉚釘（容器密封性良好）后，活塞沒有發生移動，再向容器中通人6molCO，此時v（正）＜v （逆）（選填“＞”、“＜”或“=”），判斷的理由是拔去鉚釘，容器是在同溫同壓下進行，體積之比等于物質的量之比，當沖入6molCO，假設平衡不移動，此時容器的體積為6L，Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{36}{7}$＞K，故平衡逆向移動，v（正）＜v（逆）．
（2）一定條件下可用甲醇與CO反應生成醋酸消除CO污染．常溫下，將a mol/L的醋酸與b mol/LBa（OH）₂溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），則該混合溶液中醋酸的電離常數K_a=$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}mol/L$（用含a和b的代數式表示）

Answer 1

分析 Ⅰ（1）根據化學平衡時正逆反應速率相等，各組分含量保持不變分析選項；
（2）根據圖象達到平衡的時間判斷T₁、T₂的大小，再由平衡時的狀態判斷平衡移動方向；
（3）根據能量變化圖計算反應熱，反應焓變=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和；
Ⅱ（1）①升高溫度，化學反應速率加快，依此根據10min內，T₂時CO轉化率大于T₁時判斷溫度的高低；
T₂℃下，10min時CO轉化率為35%，20min時CO轉化率為50%，10-20min只轉化15%，說明20min時已達平衡狀態，依此判斷第30min時CO轉化率；列三段式計算K；
②根據濃度商和平衡常數的大小關系，判斷反應進行的方向；
（2）溶液等體積混合溶質濃度減少一半，醋酸電離平衡常數與濃度無關，結合概念計算．

解答 解：Ⅰ（1）恒容密閉容器中發生反應：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），
a．反應是個氣體體積改變的反應，恒容容器，壓強改變，平衡時，體系壓強保持不變，故正確；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度保持不變，達到平衡，故正確；
c．NO和O₂的起始物質的量相等，但化學計量數不同，變化量就不相同，如果沒有達到平衡，NO和O₂ 的物質的量之比會發生改變，不發生改變說明到達了平衡，故正確；
d． O₂ 是反應物，NO₂是生成物，不管在任何時候都有每消耗1 molO₂同時生成2 molNO₂，故錯誤，
故選：abc；
（2）由圖可知先達到平衡所用時間較短的溫度較高，且此溫度下氮氣的體積分數較小，說明溫度升高后，反應正向移動，故反應為吸熱反應；
故答案為：＞；
（3）該反應中的反應熱=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，熱化學方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•mol^-1；
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•mol^-1；
Ⅱ：（1）①升高溫度，化學反應速率加快，10min內，T₂時CO轉化率大于T₁時，故T₂＞T₁；
T₂℃下，10min時CO₂轉化率為35%，20min時CO₂轉化率為50%，10-20min只轉化15%，說明20min時已達平衡狀態，故第30min時，CO₂轉化率為50%；
T₂℃下，CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），
起始（mol） 2              3                  0
轉化（mol） 1              2                  1
\平衡（mol） 1             1                  1
化學平衡常數K=$\frac{1mol÷2L}{（1mol÷2L）（1mol÷2L）^{2}}$=4；
故答案為：＞；50%；4；
②拔去鉚釘，容器是在同溫同壓下進行，體積之比等于物質的量之比，當沖入6molCO，假設平衡不移動，此時容器的體積為6L，Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{36}{7}$＞K，故平衡逆向移動，v（正）＜v（逆）；
故答案為：＜；拔去鉚釘，容器是在同溫同壓下進行，體積之比等于物質的量之比，當沖入6molCO，假設平衡不移動，此時容器的體積為6L，Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{36}{7}$＞K，故平衡逆向移動，v（正）＜v（逆）；
（2）反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，據電荷守恒，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數依據電離方程式寫出K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}mol/L$；
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}mol/L$．

點評 本題考查了鍵能與反應熱的關系、化學反應速率影響因素及相關計算、化學平衡的移動原理、平衡常數的相關計算等知識，題目難度較大．