Question

15．2013年下半年我國大部地區發生了嚴重的霧霾天氣，汽車尾氣的排放、北方到了冬季燒煤供暖所產生的廢氣、工業生產排放的廢氣等等都是產生霧霾天氣的原因之一．汽車尾氣排放是造成霧霾天氣的重要原因．已知：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
③2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）△H₃
④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄
請完成以下問題：
（1）根據反應①②③，確定反應④中△H₄=-△H₁-2△H₃
（2）根據圖1，反應④熱化學方程式2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-745KJ/mol，該反應在低溫（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下有利于該反應正向自發．
（3）圖2表示反應④的反應物NO、CO起始物質的量比、溫度對平衡時CO₂的體積分數的影響．
①T₁＞T₂ （填“=”、“＞”或“＞”），X、Y、Z三點，CO的轉化率的從大到小的順序是Z＞Y＞X．

②T₁℃時，在1L的密閉容器中，充入0.1molCO和0.1molNO，達到Y點時，測得NO的濃度為0.02mol•L^-1，則此溫度下平衡常數K=1600，若此溫度下，某時刻測得CO、NO、N₂、CO₂的濃度分別為0.01mol•L^-1、amol•L^-1、0.01mol•L^-1、0.04mol•L^-1，要使反應向正方向進行，a的取值范圍為＞0.01．
（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

分析 （1）依據熱化學方程式和該死定律計算得到熱化學方程式；
（2）依據圖象分析，反應是放熱反應，反應的焓變△H=E₁-E₂，結合熱化學方程式書寫方法寫出，標注物質聚集狀態和對應反應焓變；反應自發進行的判斷依據是△H-T△S＜0；
（3）①圖象分析，反應物NO、CO的起始物質的量比一定，反應是放熱反應，溫度越高平衡逆向進行，二氧化碳體積分數減小；溫度一定，隨反應物NO、CO的起始物質的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉化率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化率，則Y＜Z；
②依據化學平衡三段式列式計算，平衡常數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，依據濃度商和平衡常數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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₃
依據蓋斯定律計算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，二氧化碳體積分數減小，T₁＞T₂；溫度一定，隨反應物NO、CO的起始物質的量比增大，X-Y反應正向進行，一氧化碳的轉化率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化率，則Y＜Z，X、Y、Z三點，CO的轉化率的從大到小的順序Z＞Y＞X；
故答案為：＞；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K=$\frac{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{2}（C{O}_{2）}}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.04×0.0{8}^{2}}{0.0{2}^{2}×0.0{2}^{2}}$=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Q＜K=1600，Q=$\frac{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{2}（C{O}_{2）}}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.01×0.0{4}^{2}}{0.0{1}^{2}×{a}^{2}}$＜1600；所以a＞0.01；
故答案為：1600；＞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、平衡常數概念理解和計算應用，圖象分析方法，反應自發進行的判斷依據是關鍵，題目難度中等．