Question

6．为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量．研究并有效控制空气中氮氧化物、碳氧化物含量显得尤为重要．
Ⅰ．氮氧化物研究
（1）一定条件下，将2molNO与2molO₂置于恒容密闭容器中发生反应：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），下列各项能说明该反应达到平衡状态的是abc．
a．体系压强保持不变     b．混合气体颜色保持不变
c．NO和O₂的物质的量之比保持不变   d．每消耗1molO₂，同时生成2molNO₂
（2）在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如图1所示，根据图象判断反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的△H＞0（填“＞”或“＜”）．
（3）NO_x是汽车尾气中的主要污染物之一．汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如图2：出该反应的热化学方程式：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183kJ•mol^-1．
Ⅱ．碳氧化物研究
（1）在体积可变（活塞与容器之间的摩擦力忽略不计）的密闭容器如图3所示，现将3molNH₃和2molCO₂放入容器中，移动活塞至体积V为2L，用铆钉固定在A、B点，发生合成尿素的总反应如下：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 
测定不同条件、不同时间段内的CO的转化率，得到如下数据：

	10min	20min	30min	40min
T1	30%	55%	65%	65%
T2	35%	50%	a1	a2

①根据上表数据，请比较T_1＞T₂（选填“＞”、“＜”或“=”）；T₂℃下，第30min 时，a₁=50%，该温度下的化学平衡常数为4．
②T₂℃下，第40min时，拔去铆钉（容器密封性良好）后，活塞没有发生移动，再向容器中通人6molCO，此时v（正）＜v （逆）（选填“＞”、“＜”或“=”），判断的理由是拔去铆钉，容器是在同温同压下进行，体积之比等于物质的量之比，当冲入6molCO，假设平衡不移动，此时容器的体积为6L，Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{36}{7}$＞K，故平衡逆向移动，v（正）＜v（逆）．
（2）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染．常温下，将a mol/L的醋酸与b mol/LBa（OH）₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），则该混合溶液中醋酸的电离常数K_a=$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}mol/L$（用含a和b的代数式表示）

Answer 1

分析 Ⅰ（1）根据化学平衡时正逆反应速率相等，各组分含量保持不变分析选项；
（2）根据图象达到平衡的时间判断T₁、T₂的大小，再由平衡时的状态判断平衡移动方向；
（3）根据能量变化图计算反应热，反应焓变=反应物的键能和-生成物的键能和；
Ⅱ（1）①升高温度，化学反应速率加快，依此根据10min内，T₂时CO转化率大于T₁时判断温度的高低；
T₂℃下，10min时CO转化率为35%，20min时CO转化率为50%，10-20min只转化15%，说明20min时已达平衡状态，依此判断第30min时CO转化率；列三段式计算K；
②根据浓度商和平衡常数的大小关系，判断反应进行的方向；
（2）溶液等体积混合溶质浓度减少一半，醋酸电离平衡常数与浓度无关，结合概念计算．

解答 解：Ⅰ（1）恒容密闭容器中发生反应：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），
a．反应是个气体体积改变的反应，恒容容器，压强改变，平衡时，体系压强保持不变，故正确；
b．混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度保持不变，达到平衡，故正确；
c．NO和O₂的起始物质的量相等，但化学计量数不同，变化量就不相同，如果没有达到平衡，NO和O₂ 的物质的量之比会发生改变，不发生改变说明到达了平衡，故正确；
d． O₂ 是反应物，NO₂是生成物，不管在任何时候都有每消耗1 molO₂同时生成2 molNO₂，故错误，
故选：abc；
（2）由图可知先达到平衡所用时间较短的温度较高，且此温度下氮气的体积分数较小，说明温度升高后，反应正向移动，故反应为吸热反应；
故答案为：＞；
（3）该反应中的反应热=反应物的键能和-生成物的键能和=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，热化学方程式为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•mol^-1；
故答案为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•mol^-1；
Ⅱ：（1）①升高温度，化学反应速率加快，10min内，T₂时CO转化率大于T₁时，故T₂＞T₁；
T₂℃下，10min时CO₂转化率为35%，20min时CO₂转化率为50%，10-20min只转化15%，说明20min时已达平衡状态，故第30min时，CO₂转化率为50%；
T₂℃下，CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），
起始（mol） 2              3                  0
转化（mol） 1              2                  1
\平衡（mol） 1             1                  1
化学平衡常数K=$\frac{1mol÷2L}{（1mol÷2L）（1mol÷2L）^{2}}$=4；
故答案为：＞；50%；4；
②拔去铆钉，容器是在同温同压下进行，体积之比等于物质的量之比，当冲入6molCO，假设平衡不移动，此时容器的体积为6L，Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{36}{7}$＞K，故平衡逆向移动，v（正）＜v（逆）；
故答案为：＜；拔去铆钉，容器是在同温同压下进行，体积之比等于物质的量之比，当冲入6molCO，假设平衡不移动，此时容器的体积为6L，Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{36}{7}$＞K，故平衡逆向移动，v（正）＜v（逆）；
（2）反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，据电荷守恒，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数依据电离方程式写出K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}mol/L$；
故答案为：$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}mol/L$．

点评 本题考查了键能与反应热的关系、化学反应速率影响因素及相关计算、化学平衡的移动原理、平衡常数的相关计算等知识，题目难度较大．