Question

2．目前城市空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气，NO和CO均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生如下反应：
2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
在一定温度下，将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图所示（计算结果保留三位有效数字）：
（1）0～15minNO的平均速率v（NO）=0.0267mol/（L•min）；CO的转化率为40.0%．
（2）15min后若将此时得到的CO₂气体用含有0.8mol KOH溶液吸收，则电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）．
（3）20min时，若改变某一反应条件，导致CO浓度增大，则改变的条件可能是ae（选填序号）．
a．缩小容器体积     b．扩大容器体积     c．增加NO的量
d．降低温度        e．增加CO的量       f．使用催化剂
（4）若保持反应体系的温度不变，20min时再向容器中充入CO、CO₂各0.4mol，化学平衡将向左移动（选填“向左”、“向右”或“不”），重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为0.139L/mol．

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（NO），再根据n=△c×V计算参加反应CO的物质的量，进而计算CO的转化率；
（2）15min到达平衡，△n（CO₂）=△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，CO₂与KOH物质的量之比为1：2，则反应生成K₂CO₃，溶液中碳酸根离子水解溶液呈碱性，溶液中氢氧根离子源于水的电离与碳酸根、碳酸氢根离子水解等；
（3）a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，移动结果不能消除CO浓度增大；
b．扩大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，平衡时CO浓度减小；
c．增加NO的量，平衡正向移动；
d．降低温度，平衡向正反应方向移动；
e．增加CO的量，CO的浓度增大；
f．使用催化剂平衡不移动；
（4）温度不变，平衡常数不变，计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$，再计算此时浓度商Qc，与平衡常数相比，判断反应进行方向．

解答 解：（1）由图可知，15min N₂的浓度变化量为0.2mol/L，速率之比等于化学计量数之比，则v（NO）=2v（N₂）=2×$\frac{0.2mol/L}{15min}$=0.0267mol/（L•min），参加反应的CO为2L×（1.2-0.8）mol/L=0.8mol，故CO的转化率为$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40.0%，
故答案为：0.0267mol/（L•min）；40.0%；
（2）15min到达平衡，△n（CO₂）=△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，CO₂与KOH物质的量之比为1：2，则反应生成K₂CO₃，溶液中碳酸根离子水解溶液呈碱性，溶液中氢氧根离子源于水的电离与碳酸根、碳酸氢根离子水解，故溶液中c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
（3）a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，移动结果不能消除CO浓度增大，平衡时CO浓度增大，故a正确；
b．扩大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，平衡时CO浓度减小，故b错误；
c．增加NO的量，平衡正向移动，CO浓度减小，故c错误；
d．降低温度，平衡向正反应方向移动，CO浓度减小，故d错误；
e．增加CO的量，CO的浓度增大，故e正确；
f．使用催化剂平衡不移动，CO浓度不变，故f错误，
故选：ae；
（4）平衡时氮气浓度变化量为0.2mol/L，NO的起始浓度为$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、CO的起始浓度为$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L，则：
              2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
开始（mol/L）：1        1.2      0         0
转化（mol/L）：0.4      0.4     0.4        0.2
平衡（mol/L）：0.6      0.8     0.4        0.2
故平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×0．{8}^{2}}$L/mol=$\frac{5}{36}$L/mol=0.139L/mol，
20min时再向容器中充入CO、CO₂各0.4mol，此时浓度商Qc=$\frac{（0.4+\frac{0.4}{2}）^{2}×0.2}{0．{6}^{2}×（0.8+\frac{0.4}{2}）^{2}}$=0.2＞K=0.139，故反应向逆反应进行，即向左移动，
温度不变，平衡常数不变，即重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为0.139L/mol，
故答案为：向左；0.139L/mol．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学反应速率的计算、平衡常数计算与应用、离子浓度大小比较等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活应用能力，难度中等．