Question

汽車尾氣中含有CO、NO₂等有毒氣體，對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使有毒氣體相互反應轉化為無毒氣體。

（1）汽車尾氣中CO、NO₂氣體在一定條件下可以發生反應：

4CO(g)+2NO₂(g)4CO₂(g)+N₂(g)　ΔH=－1200 kJ·mol^－1

①恒溫恒容條件下，不能說明該反應已達到平衡狀態的是________(填序號)；

A．容器內混合氣體顏色不再變化       B．容器內的壓強保持不變

C．2v_逆(NO₂)=v_正(N₂)                  D．容器內混合氣體密度保持不變

②能使該反應的反應速率增大，且平衡向逆反應方向移動的是________(填序號)；

A．及時分離出CO₂                                     B．適當升高溫度

C．減小容器體積使體系壓強增大       D．選擇高效催化劑

③對于該反應，溫度不同(T₂>T₁)、其他條件相同時，下列圖像正確的是________(填序號)；

 

（2）汽車尾氣中CO與H₂O(g)在一定條件下可以發生反應：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)  ΔH<0；820 ℃時在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，起始時按照右表進行投料，達到平衡狀態時K=1.0。

起始物質的量	甲	乙	丙
n(H2O)/mol	0.10	0.20	0.20
n(CO)/mol	0.10	0.10	0.20

 

①該反應的平衡常數表達式為___________；平衡時，甲容器中CO的轉化率=        ；

②平衡時，比較下列容器中CO的轉化率：乙       甲(填“>”、“=”或“<”，下同)；丙       甲。    

 

Answer 1

【答案】

（15分）

（1） ① C D　   ② B      ③ 乙（各2分）

（2） ①K= c (CO₂)·c (H₂)／[c (CO)·c (H₂O)]（2分）    50% （3分） 

 ②　>    =  （各2分）　

【解析】

試題分析：（1）①反應體系中只有二氧化氮是紅棕色氣體，其余均為無色氣體，容器內氣體顏色不再變化，說明二氧化氮濃度不再變化，即反應達到平衡，故A錯誤；若反應正向進行，由于正反應是氣體物質的量減小的反應，因此容器內混合氣體的壓強逐漸減小，若壓強保持不變，說明各組分的物質的量保持不變，即反應達到平衡，故B錯誤；同一物質表示的v_逆= v_正，不同物質表示逆反應速率和正反應速率之比等于化學方程式中對應系數之比，都能說明反應達到平衡，即v_逆(NO₂)/v_正(N₂)=2/1，所以v_逆(NO₂)=2v_正(N₂)能說明反應達到平衡，而2v_逆(NO₂)=v_正(N₂)不能說明反應達到平衡，故C正確；混合氣體的密度等于質量除以容器的容積，由于反應物和生成物都是氣體，反應遵循質量守恒定律，則混合氣體總質量始終不變，由于容器的體積不變，則混合氣體的密度始終不會改變，因此密度不變不能說明反應達到平衡，故D正確；②及時分離出二氧化碳，即減小生成物濃度，反應速率減小，平衡向正反應方向移動，故A錯誤；ΔH=－1200 kJ·mol^－1，則正反應是放熱反應，升高溫度，反應速率增大，平衡向吸熱反應或逆反應方向移動，故B正確；正反應是氣體體積減小的方向，減小容器體積增大壓強，增大反應物和生成物濃度，反應速率增大，平衡向氣體體積減小或正反應方向移動，故C錯誤；選擇高效催化劑，能增大反應速率，但是對平衡無影響，平衡不移動，故D錯誤；③平衡時升高溫度，正逆反應速率都會突然增大，且吸熱反應方向的速率增大程度大于放熱反應方向的速率，即逆反應速率>正反應速率>原平衡時的正逆反應速率=原平衡時的逆反應速率，故甲圖錯誤；升高溫度，反應速率加快，平衡向逆反應方向移動，既能縮短達到平衡的時間，又能使反應物的平衡轉化率減小，則T₂時曲線比T₁時先達到平衡，平衡時二氧化氮的轉化率降低，故乙圖正確；增大壓強，平衡向正反應方向移動，反應物的物質的量減小，則一氧化碳的體積分數逐漸減小，而非增大；升高溫度，平衡向逆反應方向移動，反應物的物質的量增大，則一氧化碳的體積分數增大，而非減小，故丙圖錯誤；（2）①平衡常數等于平衡時生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值，則CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)的平衡常數K的表達式為；由于容器容積未知，為了簡便計算過程，可設容積為1L，甲容器中CO的變化濃度為x mol·L^－1，先求該反應中各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始濃度/mol·L^－1     0.10    0.10       0     0

變化濃度/mol·L^－1       x      x        x      x

平衡濃度/mol·L^－1   0.10—x  0.10—x     x      x

K===1.0

解得：x =0.050

②1）甲→乙，就是增大水蒸氣的濃度，增大一種反應物濃度，平衡向正反應方向移動，另一種反應物的轉化率增大，則一氧化碳的平衡轉化率：甲<乙（或者通過計算比較）；

可設容積為1L，乙容器中CO的變化濃度為y mol·L^－1，先求該反應中各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始濃度/mol·L^－1     0.10    0.20       0     0

變化濃度/mol·L^－1       y      y        y      y

平衡濃度/mol·L^－1   0.10—y  0.20—y     y      y

K===1.0

解得：y =0.20/3

則平衡時乙容器中一氧化碳的平衡轉化率為：×100%=×100%=67%>50%。

2）甲→丙，起始投料加倍、投料比不變，就是增大兩種反應物濃度增大壓強，由于正反應是氣體體積不變的反應，則平衡不移動，一氧化碳平衡轉化率保持不變，則一氧化碳的平衡轉化率：甲=丙（或者通過計算比較）；

可設容積為1L，丙容器中CO的變化濃度為z mol·L^－1，先求該反應中各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始濃度/mol·L^－1     0.20    0.20       0     0

變化濃度/mol·L^－1       z      z        z      z

平衡濃度/mol·L^－1   0.20—z  0.20—z     z      z

K===1.0

解得：z =0.10

則平衡時丙容器中一氧化碳的平衡轉化率為：×100%=×100%=50%。

考點：考查化學反應原理，涉及化學平衡的判斷依據、外界條件對化學反應速率和平衡移動的影響、化學反應速率和化學平衡圖像、平衡常數表達式、化學平衡常數與平衡轉化率的計算等。