Question

9．為了減輕大氣污染，可在汽車尾氣排放處加裝“催化凈化器”裝置．
（1）通過“催化凈化器”的 CO、NO在催化劑和高溫作用下可發生可逆反應，轉化為參與大氣循環的無毒混合氣體，寫出該反應的化學方程式是2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂．
（2）在一定溫度下，向1L密閉恒容容器中充入0.5mol NO、2mol CO，發生上述反應，20S時反應達平衡，此時CO的物質的量為1.6mol．請回答下列問題：
①前20s內平均反應速率v（CO）為0.02mol•L^-1•S^-1．
②在該溫度下反應的平衡常數K=1.25．
③關于上述反應，下列敘述不正確的是AD（填編號）．
A．達到平衡時，移走部分CO₂，平衡將向右移動，正反應速率加快
B．縮小容器的體積，平衡將向右移動
C．在相同的條件下，若使用甲催化劑能使正反應速率加快10⁵倍，使用乙催化劑能使逆反應速率加快10⁸倍，則應該選用乙催化劑
D．若保持平衡時的溫度不變，再向容器中充入0.4molCO和0.8mol N₂，則此時v_正＞v_逆
④已知上述實驗中，c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ．
若其它條件不變，將0.5mol NO、2mol CO投入2L容器進行反應，請在圖1繪出c（CO）與反應時間t₁變化曲線Ⅱ．

（3）測試某汽車冷啟動時的尾氣催化處理CO、NO百分含量隨時間變化曲線如圖2，請回答：前0-10s 階段，CO、NO百分含量沒明顯變化的原因是尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）．

Answer 1

分析 （1）CO與NO反應，生成無毒氣體為氮氣和二氧化碳；
（2）①反應速率=$\frac{△c}{△t}$；
②結合平衡三段式列式計算平衡濃度，平衡常數等于生成物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；
③依據化學平衡移動原理分析選項，改變條件，平衡向減弱這種改變的方向進行；
④反應前后氣體體積減小，若其它條件不變，將0.5mol NO、2mol CO投入2L容器進行反應，相當于原來的平衡狀態減小壓強，平衡濃度減小，反應速率減小，平衡向氣體體積增大的分析進行；
（3）汽車冷啟動時的尾氣催化處理CO、NO百分含量隨時間變化曲線變化分析，開始的氣體含量變化不大，說明溫度低，催化劑的作用未起作用；

解答 解：（1）由NO、CO相互反應轉換成無毒的氣體，即生成氮氣和二氧化碳，該反應的化學反應方程式為2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂，
故答案為：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂；
（2）在一定溫度下，向1L密閉容器中充入0.5mol NO、2mol CO，發生上述反應②，20S反應達平衡，此時CO的物質的量為1.6mol，依據化學平衡三段式列式計算：
               2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol）   0.5      2         0       0
變化量（mol）   0.4       0.4       0.2     0.4
平衡量（mol）   0.1      1.6       0.2     0.4
①前20s內平均反應速率v（NO）=$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{20s}$=0.02mol•L^-1•S^-1；  
故答案為：0.02mol•L^-1•S^-1；  
②體積為1L，物質的量數值為濃度數值，計算得到平衡常數K=$\frac{0.2×0．{4}^{2}}{0．{1}^{2}×1．{6}^{2}}$=1.25；
故答案為：1.25；       
③A．達到平衡時，移走部分CO₂，平衡將向右移動，正反應速率減小，故A錯誤；
B．反應是氣體體積減小的反應，縮小容器的體積，壓強增大，平衡將向右移動，故B正確；
C．催化劑對正逆反應速率影響程度相同，在相同的條件下，若使用甲催化劑能使正反應速率加快10⁵倍，使用乙催化劑能使逆反應速率加快10⁸倍，則應該選用乙催化劑，故C正確；
D．若保持平衡時的溫度和壓強不變，再向容器中充入0.4molCO和0.8mol N₂，濃度商Q=$\frac{1×0．{4}^{2}}{0．{1}^{2}×{2}^{2}}$=4＞K，平衡逆向進行，則此時v_正＜v_逆 ，故D錯誤；
故答案為：AD；
④若其它條件不變，將0.5mol NO、2mol CO投入2L容器進行反應，濃度減小一半，若平衡不動，得到c（CO）濃度應為0.8mol/L，但恒溫恒容條件下，將0.5mol NO、2mol CO投入2L容器，減少壓強，平衡逆向進行，一氧化碳濃度應略高于0.8mol/L，起點一氧化碳濃度為1mol/L；終點的時間比t長；c（CO） 比0.8略高些，畫出的圖象為：
；
故答案為：；
（3）汽車冷啟動時的尾氣催化處理CO、NO百分含量隨時間變化曲線變化分析，開始的氣體含量變化不大，說明溫度低，催化劑的作用未起作用；證明反應未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）；
故答案為：尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）．

點評 本題考查了化學方程式的書寫方法，化學平衡的計算分析判斷，平衡常數和轉化率，反應速率的概念的計算應用，圖象分析應用是解題關鍵，題目難度中等．