Question

汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一．已知：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
③CO₂（g）?CO（g）+

1

2

O₂（g）△H₃
④2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄
请完成以下问题：
（1）请根据反应①②③，确定反应④中△H₄=

 

．
（2）根据图1，反应④的热化学方程式为：

 

．该反应在

 

（填“高温”“低温”或“任意温度”）下有利于该反应正向自发．
（3）图2表示反应④的反应物NO、CO的起始物质的量比、温度对平衡时CO₂的体积分数的影响．
①W、Y、Z三点的平衡常数的大小关系为：

 

，X、Y、Z三点，CO的转化率由大到小的顺序是

 

②T₁℃时，在1L密闭容器中，0.1molCO和0.1molNO，达到Y点时，测得NO的浓度为0.02mol/L，则此温度下平衡常数K=

 

（算出数值）．若此温度下，某时刻测得CO、NO、N₂、CO₂的浓度分别为0.01mol/L
a mol/L、0.01mol/L、0.04mol/L，要使反应向正方向进行，a的取值范围为

 

．
（4）恒温恒容时，反应④中NO、CO按一定比例投料，反应过程中CO浓度随时间的变化关系如图3所示，请在同一图中绘出N₂浓度随时间的变化曲线．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到热化学方程式；
（2）依据图象分析，反应是放热反应，反应的焓变△H=E₁-E₂，结合热化学方程式书写方法写出，标注物质聚集状态和对应反应焓变；反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（3）①图象分析，反应物NO、CO的起始物质的量比一定，反应是放热反应，温度越高平衡逆向进行，二氧化碳体积分数减小，平衡常数减小；温度一定，随反应物NO、CO的起始物质的量比增大，X-Y反应正向进行，一氧化碳的转化率X＜Y，Y-Z平衡正向进行，一氧化氮增大会提高一氧化碳的转化率，则Y＜Z；
②依据化学平衡三段式列式计算，平衡常数用平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积得到，依据浓度商和平衡常数比较分析反应进行的分析；
（4）恒温恒容时，反应④中NO、CO按一定比例投料，CO浓度随时间的逐渐减少，N₂浓度随时间逐渐增大．

解答： 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
③CO₂（g）?CO（g）+

1

2

O₂（g）△H₃
依据盖斯定律计算③×2+①得到N₂（g）+2CO₂（g）=2CO（g）+2NO（g）△H=△H₁+2△H₃，
改变反应方向得到反应④的热化学方程式为：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₄ =-△H₁-2△H₃，
故答案为：-△H₁-2△H₃，
（2）图象分析，反应是放热反应，反应的焓变△H=E₁-E₂=145KJ/mol-890KJ/mol=-745KJ/mol，热化学方程式为：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-745KJ/mol；反应是放热反应，△H＜0，△S＜0，低温下△H-T△S＜0，
故答案为：2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-745KJ/mol；低温；
（3）①图象分析，反应物NO、CO的起始物质的量比一定，反应是放热反应，温度越高平衡逆向进行，二氧化碳体积分数减小，平衡常数减小，T₁＞T₂，由于Y、Z温度相同，故Kw＞Ky=Kz；温度一定，随反应物NO、CO的起始物质的量比增大，X-Y反应正向进行，一氧化碳的转化率X＜Y，Y-Z平衡正向进行，一氧化氮增大会提高一氧化碳的转化率，则Y＜Z，X、Y、Z三点，CO的转化率的从大到小的顺序Z＞Y＞X，
故答案为：Kw＞Ky=Kz；Z＞Y＞X；
②T₁℃时，在1L的密闭容器中，充入0.1mol CO和0.1mol NO，达到Y点时，测得NO的浓度为0.02mol?L^-1，
               2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L） 0.1     0.1       0       0
变化量（mol/L） 0.08    0.08      0.04    0.08
平衡量（mol/L） 0.02    0.02      0.04    0.08
则此温度下平衡常数K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.04×0.082

0.022×0.022

=1600，
某时刻测得CO、NO、N₂、CO₂的浓度分别为0.01mol?L^-1、a mol?L^-1、0.01mol?L^-1、0.04mol?L^-1，要使反应向正方向进行，应满足Q＜K=1600，
Q=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.01×0.042

0.012×a2

＜1600，
a＞0.01，
故答案为：1600；a＞0.01；
（4）恒温恒容时，反应④中NO、CO按一定比例投料，CO浓度随时间的逐渐减少，N₂浓度随时间逐渐增大，如图所示，，故答案为：．

点评：本题考查了热化学方程式书写 和盖斯定律计算，化学反应速率、平衡常数概念理解和计算应用，图象分析方法，反应自发进行的判断依据是关键，题目难度中等．