Question

汽車尾氣已成為重要的空氣污染物．

（1）汽車內燃機工作時引起反應：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g），是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一．T℃時，向5L密閉容器中充入8mol N₂和9molO₂，5min后達平衡時NO 物質的量為6mol，該反應的速率v（NO）為

 

；該條件下的平衡常數數值為

 

（2）H₂或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的：
①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
則H₂（g）與NO（g）反應生成N₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式為

 

．
②當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．如圖1是反應：
2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）中NO的濃度隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線，據此判斷該反應的△H

 

 0 （填“＞”、“＜”或“無法確定”）．若催化劑的表面積增大至S₂，則反應在T₁、S₂條件下達到平衡時NO的濃度

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）
（3）人工腎臟可用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素（CO（NH₂）₂），即通過陽極反應生成具有強氧化作用的中間產物來氧化代謝產物，原理如圖2：
①電源的負極為

 

 （填“A”或“B”）．
②陽極室中發生的反應為

 

③電解結束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將

 

；若兩極共收集到氣體13.44L（標準狀況），則除去的尿素為

 

 g（忽略氣體的溶解）．
（4）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需 時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實驗2條件下平衡常數K=

 

．
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣的轉化率，則

a

b

的值

 

（填具體值或取值范圍）．
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時V_正

 

V_逆（填“＜”，“＞”，“=”）．

Answer 1

分析：（1）結合方程式N₂（g）+O₂（g）2NO（g），利用平衡三部曲求出，各物質的物質的量，再利用反應速率公式計算；
根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
（2）①根據已知熱化學方程式，利用蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；
②根據到達平衡的時間，判斷溫度高低，再根據不同溫度下到達平衡時NO的濃度高低，判斷溫度對平衡的影響，據此判斷反應熱效應；
催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度不變，
（3）①根據電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規律，結合本題圖中的電極產物CO₂和N₂可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負極；
②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮氣、二氧化碳，同時會生成HCl；
③陰極反應為：6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑，陽極反應為：6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl，根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH^-、H⁺的數目相等，陽極室中反應產生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^-恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；
根據n=

V

Vm

計算兩極產生的氣體的物質的量，利用氣體中各組分的比例關系，計算n（N₂）=n（CO₂），再根據方程式計算尿素的物質的量，根據m=nM計算尿素的質量；
（4）①依據圖表數據列式計算平衡濃度，結合化學平衡常數概念計算；
②由于CO與H₂的化學計量數相等都為1，所以當兩者物質的量相等時二者轉化率相等．要使CO轉化率大于H₂的轉化率，則增大H₂的物質的量；
③對同一反應溫度相同，平衡常數相同．根據表中實驗2計算900℃時平衡常數，再計算實驗3濃度商，與平衡常數相比判斷平衡移動．

解答：解：（1）N₂（g）+O₂（g）  2NO（g），
起始（mol）      8       9              0
反應（mol）      3       3              6
平衡（mol）      5       6              6
v（NO）=

6mol 5L

5min

=0.24mol/（L?min），平衡時：c（NO）=

6mol

5L

=1.2mol/L，c（N₂）=

5mol

5L

=1mol/L，c（O₂）=

6mol

5L

=1.2mol/L，K=

c2(NO)

c(N2)×c(O2)

=

1.2×1.2

1×1.2

=1.2，
故答案為：0.24mol/（L?min）；1.2；
（2）①已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol2H₂，
            ②2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.6kJ?mol^-1，
根據蓋斯定律，-①-②得：2H₂（g）+2NO（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ?mol^-1，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1 kJ?mol^-1；
②溫度T₂到達平衡的時間短，反應速率快，故溫度T₂＞T₁，溫度越高，平衡時NO的濃度越高，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，即△H＜0；
催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度不變，
故答案為：＜；不變；
（3）①由圖可知，左室電極產物為CO₂和N₂，發生氧化反應，故A為電源的正極，右室電解產物H₂，發生還原反應，故B為電源的負極，
故答案為：B；
②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮氣、二氧化碳，同時會生成HCl，陽極室中發生的反應依次為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③陰極反應為6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑，陽極反應為6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl
根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH^-、H⁺的數目相等，陽極室中反應產生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^-恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；
電解收集到的13.44 L氣體，物質的量為

13.44

22.4

=0.6mol，由反應CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知n（N₂）=n（CO₂）=0.6mol×0.2=0.12mol，可知生成0.12mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物質的量也為0.12mol，其質量為：m[CO（NH₂）₂]=0.12 mol×60 g?mol^-1=7.2 g，
故答案為：不變；7.2；
（4）①H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   0.5mol/L   1mol/L     0        0
轉化濃度   0.2mol/L   0.2mol/L  0.2mol/L  0.2mol/L
平衡濃度   0.3mol/L   0.8mol/L  0.2mol/L  0.2mol/L 
K=

c(CO2)c(H2)

c(H2O)c(CO)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17
故答案為：0.17；
②由于CO與H₂的化學計量數相等都為1，所以當兩者物質的量相等時二者轉化率相等．要使CO轉化率大于H₂的轉化率，則增大H₂的物質的量，即a/b 的值＜1，
故答案為：＜1；
③對同一反應溫度相同，平衡常數相同．根據表中實驗2計算900℃時平衡常數，
   對于反應   CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
變化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
900℃時平衡常數k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×0.6

=

1

6

，
實驗3的濃度商為Qc=

5×2

10×5

=

1

5

，大于平衡常數，反應向逆反應進行，所以V_正＜V_逆，
故答案為：＜．

點評：本題主要考查化學反應速率和平衡常數的計算、影響化學平衡的因素、化學平衡圖象、電極反應式的書寫與有關計算、以及熱化學方程式的書寫等，題量巨大．相當于4個題目的一個綜合．