Question

19．CO和NO是汽車尾氣的主要污染物．消除汽車尾氣的反應式之一為：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．請回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol    ①
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol    ②
2C（s）+O₂═2CO（g）△H=-221kJ/mol    ③
則 2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol．
（2）一定溫度下，在一體積為VL的密閉容器中充人一定量的NO和CO時，反應進行到t時刻時達到平衡狀態(tài)，此時n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，且N₂占平衡混合氣體總體積的$\frac{1}{4}$．
①該反應的平衡常數K=$\frac{27V}{a}$（用只含a、V的式子表示）．
②判斷該反應達到平衡的標志是BD（填序號）
A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗
B．混合氣體的平均相對分子質量不再改變
C．混合氣體的密度不再改變
D．NO、CO、N₂、CO₂的物質的量濃度均不再變化
（3）在一定溫度下，將2.0molNO、2.4molCO通入固定容積2L的密閉中，反應過程中部分物質的物質的量變化如圖1所示，則：

①有害氣體NO的轉化率是40%．
②20min時，若改變反應條件，導致CO濃度減小，則改變的條件是CD（填序號）．
A．增加CO的量        B．加入催化劑     C．降低溫度             D．擴大容積體積
（4）通過NO_x傳感器可監(jiān)測NO_x的含量，其工作原理如圖2所示，則：NiO電極上的電極反應式為NO-2e^-+O^2-=NO₂．

Answer 1

分析 （1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol ①，
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ②，
2C（s）+O₂=2CO（g）△H=-221kJ/mol ③，
則根據蓋斯定律可知，②×2-③-①可得：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g），反應熱也進行相應的計算；
（2）①根據氮氣物質的量計算生成n（CO₂），再根據氮氣體積分數計算平衡時混合氣體總物質的量，進而確定a與b的關系，代入平衡常數表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算；
②可逆反應到達平衡時，正逆反應速率相等，反應各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化，說明到達平衡；
（3）①發(fā)生反應：2NO+2CO=N₂+2CO₂，計算消耗CO物質的量，根據方程式計算消耗NO物質的量，進而計算NO轉化率；
②20min時，若改變反應條件，導致CO濃度減小，可以使平衡向正反應方向移動，不能增大CO濃度、增大壓強，否則到達平衡時CO濃度會增大，也可以擴大容器體積；
（4）Pt電極上通入氧氣，則Pt電極是正極，發(fā)生還原反應，NiO電極是負極，NO失去電子轉化為NO₂．

解答 解：（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol    ①，
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol    ②，
2C（s）+O₂=2CO（g）△H=-221kJ/mol    ③，
則根據蓋斯定律可知②×2-③-①可得：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g），故△H=2×（-393.5kJ/mol）-（-221kJ/mol）-（180.5kJ/mol）=-746.5kJ/mol，
故答案為：-746.5kJ/mol；
（2）①平衡時n（CO）=amol、n（NO）=2amol、n（N₂）=bmol，則根據方程式可知生成CO₂是2bmol．又因為N₂占平衡混合氣體總體積的$\frac{1}{4}$，所以平衡時混合氣體的總的物質的量是4b，則4bmol=bmol+2bmol+amol+2amol，解得b=3a，平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{V}×（{\frac{2b}{V}）}^{2}}{（{\frac{2a}{V}）}^{2}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{27V}{a}$，
故答案為：$\frac{27V}{a}$；
②A．v（CO₂）_生成=v（CO）_消耗，均表示正反應速率，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．總質量不變，但物質的量是變化的，因此混合氣體的平均相對分子質量不再改變可以說明反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．在反應過程中氣體總質量和容積始終是不變的，因此密度始終是不變的，則混合氣體的密度不再改變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．NO、CO、N₂、CO₂的物質的量濃度均不再變化，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故D正確，
故選：BD；
（3）①發(fā)生反應：2NO+2CO=N₂+2CO₂，平衡時CO是1.6mol，則消耗CO是2.4mol-1.6mol=0.8mol，根據方程式可知消耗NO是0.8mol，因此有害氣體NO的轉化率是$\frac{0.8mol}{2.0mol}×100%=40%$，
故答案為：40%；
②A．增加CO的量，CO濃度增大，故A錯誤；
B．加入催化劑平衡不移動，CO濃度不變，故B錯誤；
C．正方應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應方向進行，CO濃度減小，故C正確；
D．擴大容積體積平衡向逆反應方向進行，但CO濃度仍然減小，故D正確，
故選：CD；
（4）Pt電極上通入氧氣，則Pt電極是正極，發(fā)生還原反應，NiO電極是負極，NO失去電子轉化為NO₂，所以該電極上的電極反應式為：NO-2e^-+O^2-=NO₂，
故答案為：NO-2e^-+O^2-=NO₂．

點評 本題考查考查蓋斯定律應用、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡計算以及外界條件對平衡狀態(tài)的影響和原電池應用等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．