Question

2．目前城市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）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
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所示（計算結果保留三位有效數字）：
（1）0～15minNO的平均速率v（NO）=0.0267mol/（L•min）；CO的轉化率為40.0%．
（2）15min后若將此時得到的CO₂氣體用含有0.8mol KOH溶液吸收，則電解質溶液中各種離子的物質的量濃度由大到小的順序是c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）．
（3）20min時，若改變某一反應條件，導致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．擴大容器體積     c．增加NO的量
d．降低溫度        e．增加CO的量       f．使用催化劑
（4）若保持反應體系的溫度不變，20min時再向容器中充入CO、CO₂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0.139L/mol．

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（NO），再根據n=△c×V計算參加反應CO的物質的量，進而計算CO的轉化率；
（2）15min到達平衡，△n（CO₂）=△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，CO₂與KOH物質的量之比為1：2，則反應生成K₂CO₃，溶液中碳酸根離子水解溶液呈堿性，溶液中氫氧根離子源于水的電離與碳酸根、碳酸氫根離子水解等；
（3）a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，移動結果不能消除CO濃度增大；
b．擴大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應方向移動，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，平衡常數不變，計算平衡時各組分的濃度，代入平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$，再計算此時濃度商Qc，與平衡常數相比，判斷反應進行方向．

解答 解：（1）由圖可知，15min N₂的濃度變化量為0.2mol/L，速率之比等于化學計量數之比，則v（NO）=2v（N₂）=2×$\frac{0.2mol/L}{15min}$=0.0267mol/（L•min），參加反應的CO為2L×（1.2-0.8）mol/L=0.8mol，故CO的轉化率為$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40.0%，
故答案為：0.0267mol/（L•min）；40.0%；
（2）15min到達平衡，△n（CO₂）=△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，CO₂與KOH物質的量之比為1：2，則反應生成K₂CO₃，溶液中碳酸根離子水解溶液呈堿性，溶液中氫氧根離子源于水的電離與碳酸根、碳酸氫根離子水解，故溶液中c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
（3）a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，移動結果不能消除CO濃度增大，平衡時CO濃度增大，故a正確；
b．擴大容器體積，壓強減小，平衡向逆反應方向移動，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，故反應向逆反應進行，即向左移動，
溫度不變，平衡常數不變，即重新達到平衡后，該反應的化學平衡常數為0.139L/mol，
故答案為：向左；0.139L/mol．

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