Question

3．汽车尾气中排放的N_xO_y和CO，科学家寻找高效催化剂实现大气污染物转化：
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₁
（1）已知：CO的燃烧热△H₂=-283kJ•moL^-1．几种化学键的键能数据如下：

化学键	N≡N键	O=O键	N$\stackrel{←}{=}$O键
键能kJ/•mol-1	945	498	630

已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃，则：△H₁=-749kJ•moL^-1．
（2）CO与空气在KOH溶液中构成燃料电池（石墨为电极），若放电后电解质溶液中离子浓度大小顺序为
c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），则负极的反应式为2CO-2e^-+3OH^-=HCO₃^-+H₂O；
（3）在一定温度下，向2L的密闭容器中充入4.0molNO₂和4.0molCO，在催化剂作用下发生反应
4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H＜0，相关数据如下：

	0min	5min	10min	15min	20min
c（NO2）	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c（N2）	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①5～10min，用CO的浓度变化表示的反应速率为：0.056mol/（L．min）
②能说明上述反应达到平衡状态的是BD
A．2n_正（NO₂）=n_逆（N₂） B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．气体密度不变D．容器内气体压强不变
③20min时，向容器中加入1.0molNO₂和1.0molCO，在t₁时刻再次达到平衡时，NO₂的转化率比原平衡时变大（填“变大”、“变小”或“不变”）．
④计算此温度下的化学平衡常数K=0.11
⑤在上述平衡的基础上，在时间t₂、t₃时改变反应的某一条件，反应速率的变化如图所示，则在t₃时刻改变的反应条件是：降低温度；在时间15-20，t₁-t₂，t₂-t₃，t₄-t₅时的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃、K₄，请比较各平衡常数的大小关系：K₁=K₂=K₃＜K₄．

Answer 1

分析 （1）化学反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算，CO的燃烧热△H₂=-283kJ•moL^-1，即2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol，根据表中数据以及盖斯定律来计算；
（2）CO与空气在KOH溶液中构成燃料电池中，负极上CO发生失电子的氧化反应，根据离子存在形式确定电极反应；
（3）①根据速率之比等于对应物质的化学计量数之比，v（CO）=4v（N₂），由此分析解答；
②达平衡状态时各组分的浓度不随时间的改变而改变；
③20min时，向容器中加入1.0molNO₂和1.0molCO，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动；
④化学平衡常数K等于平衡时生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积；
⑤t₃时刻反应速率都减小，平衡正向移动，而正反应是放热反应，所以降低温度；平衡常数是温度的函数，正反应是放热反应，温度升高K值减小．

解答 解：（1）焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，则反应①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=945kJ/mol+498kJ/mol-630kJ/mol×2=+183 kJ•moL^-1，CO的燃烧热△H₂=-283kJ•moL^-1，即2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol ②，②-①得到2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），所以2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H₁=-566kJ/mol-183 kJ•moL^-1=-749kJ•moL^-1，
故答案为：-749kJ•moL^-1；
（2）CO与空气在KOH溶液中构成燃料电池中，负极上CO发生失电子的氧化反应，根据离子浓度大小关系，得到电极反应式为；2CO-2e^-+3OH^-=HCO₃^-+H₂O，故答案为：2CO-2e^-+3OH^-=HCO₃^-+H₂O；
（3）①根据速率之比等于对应物质的化学计量数之比，v（CO）=4v（N₂）=4×$\frac{0.22-0.15}{10-5}$=0.056mol/（L．min），故答案为：0.056mol/（L．min）；
②A．2n_正（NO₂）=n_逆（N₂），速率之比不等于计量数之比，故错误；
B．混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体的物质的量不变，反应达平衡状态，故正确；
C．气体密度一直不变，故错误；
D．容器内气体压强不变，反应达平衡状态，故正确；故选：BD；
③20min时，向容器中加入1.0molNO₂和1.0molCO，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，所以二氧化氮的转化率变大，故答案为：变大；   
④4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）
初起浓度：2       2         0       0
变化浓度：1      0.5       0.25     1
平衡浓度：1      1.5       0.25     1 
所以K=$\frac{0.25×{1}^{4}}{{1}^{4}×1．{5}^{2}}$=0.11，故答案为：0.11；
⑤t₃时刻反应速率都减小，平衡正向移动，而正反应是放热反应，所以降低温度；平衡常数是温度的函数，正反应是放热反应，温度升高K值减小，其中15-20是增大压强，t₁-t₂是使用催化剂，t₂-t₃时降低温度，t₄-t₅时温度不变，所以K₁、K₂、K₃、K₄的大小关系为：降低温度；K₁=K₂=K₃＜K₄．

点评 本题考查图象分析，为高频考点，明确改变条件时正逆反应速率相对大小及原平衡曲线关系、化学方程式特点是解本题关键，灵活运用外界条件对化学平衡移动影响、化学反应速率影响来分析解答，题目难度不大．