Question

2．汽車(chē)尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{→}$2CO₂+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線如圖所示．據(jù)此判斷：
（1）該反應(yīng)為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)，在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．
（2）當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，請(qǐng)畫(huà)出在T₁、S₂條件下反應(yīng)達(dá)到平衡過(guò)程中c（CO₂）的變化曲線．
（3）在溫度T₃下，在兩個(gè)體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)．

容器編號(hào)	起始物質(zhì)的量	平衡時(shí)物質(zhì)的量
Ⅰ	2.0mol NO，2.0mol CO	1.0mol CO2
Ⅱ	4.0mol NO，4.0mol CO

①T₃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.5，若起始時(shí)向容器Ⅰ中充入1.0mol NO，1.5mol CO和2.0molCO₂，0.5molN₂，則反應(yīng)向逆（填“正”或“逆”）反應(yīng)方向進(jìn)行．
②平衡時(shí)兩容器中CO的轉(zhuǎn)化率：Ⅰ＜Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）；容器Ⅰ中反應(yīng)達(dá)平衡后，若要進(jìn)一步提高CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施為增加NO量或較低溫度或增大壓強(qiáng)（答一條即可）．
（4）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD（填序號(hào)）．（如圖中v_正、K、n、m分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量和質(zhì)量）
（5）有人設(shè)想按反應(yīng)：2CO（g）=2C（s）+O₂（g）來(lái)除去尾氣中的CO，簡(jiǎn)述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)△H＞0、△S＜0，則在任何溫度下△G＞0，不可能自發(fā)進(jìn)行．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時(shí)二氧化碳的濃度判斷溫度對(duì)平衡的影響，進(jìn)而判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；由圖可知，T₂溫度平衡時(shí)，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
（2）接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同；
（3）①根據(jù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{2}c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$計(jì)算；計(jì)算此時(shí)濃度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）^{2}c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
②根據(jù)等效平衡可知，Ⅱ相當(dāng)于在Ⅰ的基礎(chǔ)上加壓，壓強(qiáng)增大，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即正反應(yīng)方向移動(dòng)；為提高CO轉(zhuǎn)化率，則平衡正向進(jìn)行，可以增加NO量，降低溫度，壓強(qiáng)增大；
（4）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
C、到達(dá)平衡后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不發(fā)生變化；
D、到達(dá)平衡后，各組分的含量不發(fā)生變化，質(zhì)量不變；
（5）根據(jù)G=△H-T•△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行．

解答 解：（1）由圖1可知，溫度T₁先到達(dá)平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時(shí)，二氧化碳的濃度越低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；由圖可知，T₂溫度時(shí)2s到達(dá)平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為0.2mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（CO₂）=$\frac{1}{2}$×0.1mol/（L•s）=0.05mol/（L•s），
故答案為：放熱；0.05mol/（L•s）；
（2）接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線為；
故答案為：；
（3）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，容器中NO 1.0 mol/L，CO 1.0 mol/L，CO₂ 1.0 mol/L，N₂ 0.5mol/L，K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{2}c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{1.0{\;}^{2}•0.5}{1．{0}^{2}•1．{0}^{2}}$=0.5；
起始時(shí)向容器Ⅰ中充入1.0mol NO，1.5mol CO和2.0molCO₂，0.5molN₂，濃度分別為：1.0 mol/L，1.5 mol/L，2.0 mol/L，0.5mol/L，濃度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）^{2}c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{2．{0}^{2}•0.5}{1．{0}^{2}•1．{5}^{2}}$=0.89＞0.5，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
故答案為：0.5；逆；
②根據(jù)等效平衡可知，Ⅱ相當(dāng)于在Ⅰ的基礎(chǔ)上加壓，壓強(qiáng)增大，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即正反應(yīng)方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大；
為提高CO轉(zhuǎn)化率可采取的措施，可以增加NO量，平衡正向進(jìn)行；反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向進(jìn)行；壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行；
故答案為：增加NO量或較低溫度或增大壓強(qiáng)；
故答案為：＜；增加NO量或較低溫度或增大壓強(qiáng)；
（4）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后速率不變，故A錯(cuò)誤；
B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故B正確；
C、t₁時(shí)刻后CO₂（g），NO（g）的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D、t₁時(shí)刻，NO（g）的質(zhì)量為定值，處于平衡狀態(tài)，圖象與實(shí)際符合，故D正確；
故選：BD；
（5）2CO（g）=2C（s）+O₂（g），該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)，根據(jù)G=△H-T•△S，G＞0，不能實(shí)現(xiàn)；
故答案為：△H＞0、△S＜0，則在任何溫度下△G＞0，不可能自發(fā)進(jìn)行．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡、平衡常數(shù)，反應(yīng)速率影響因素分析判斷，化學(xué)平衡計(jì)算，化學(xué)平衡的建立過(guò)程分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．