Question

（15分）汽车尾气中含有NO、CO和碳颗粒等有害物质，已成为某些大城市空气的主要污染源。

（1）汽车燃料中一般不含氮元素，汽缸中生成NO的原因为（用化学方程式表示为可逆反应）________；汽车启动后，汽缸内温度越高，单位时间内NO排放量越大，试分析其原因________。

（2）治理汽车尾气中NO和CO污染的一种方法是将其转化为无害的和，反应原理为： 2CO(g)+2NO (g) CO₂(g)+N₂ (g) △H<0，某研究小组在三个容积均为5L的恒容密闭容器中，分别充入0.4 mol NO和0.4 molCO，在三种不同实验条件下进行上述反应（体系各自保持温度不变），反应体系总压强随时间的变化如图所示：

①计算实验Ⅱ从开始至达到平衡时的反应速率v(N0)=________。

②图中三组实验从开始至达到平衡时的反应速率v( NO)由大到小的顺序为__________（填实验序号）。

③与实验Ⅱ相比，实验I和实验Ⅲ分别仅改变一种反应条件，所改变的条件和判断的理由为：

实验I__________________________________________；

实验Ⅲ________________________________________。

④三组实验中CO的平衡转化率α₁（CO）、α_II （CO）和α_III（CO）的大小关系为____________。

⑤计算实验Ⅲ的平衡常数K=____________。

Answer

(15分)

（1）N2+O22NO （2分） 温度升高，反应速率加快（1分）

（2）①8.75×10—4mol· L-1·min-1（2分）

② Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ（2分）

③ 升高温度；达到平衡的时间比Ⅱ缩短，起始压强增大。（2分）

加催化剂；达到平衡的时间比Ⅱ缩短，平衡没有移动。（2分）

注：原因、理由各1分；只要原因错，理由不得分；原因对，理由只要合理即可给分。

④aⅡ(CO)＝aⅢ(CO)＞aⅠ(CO) （2分）

⑤ 74.68 L/mol（2分，不写单位不扣分；单位写错扣1分。）

【解析】

试题分析：（1）空气中的氮气与氧气在高温条件下会发生反应生成NO气体，化学方程式是N2+O22NO；汽车启动后，汽缸内温度越高，单位时间内NO排放量越大，是因为温度越高，反应速率越快；

（2）①实验Ⅱ从开始至达到平衡时，所用时间为40min，压强从320kPa减小到250kPa，根据恒容条件下，气体的物质的量之比等于压强之比，设NO的物质的量减少xmol，则CO的物质的量也减少xmol，二氧化碳、氮气的物质的量增加0.5xmol,所以（0.4+0.4）：（0.4-x+0.4-x+0.5x+0.5x）=320:250，解得x=0.175mol，所以v(NO)=0.175mol/5L/40min=8.75×10—4mol· L-1·min-1；

② 根据图像中达到平衡所需的时间可知，用的时间越少，则反应速率越快，所以三组实验从开始至达到平衡时的反应速率v( NO)由大到小的顺序为Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ；

③ 因为容器的体积不变，所以实验I的起始压强增大，达到平衡的时间比Ⅱ缩短，在容器不能压缩的条件下，只能是升高温度，压强增大，所以实验I改变的条件是升高温度；而实验III与实验II相比，起始压强相同，但反应速率加快，平衡不移动，则只能是加入催化剂，则实验III改变的条件是加催化剂；

④实验I升高温度，则平衡逆向移动，CO的转化率降低，实验II与实验III达到的平衡状态相同，所以CO的转化率相同，所以aⅡ(CO)＝aⅢ(CO)＞aⅠ(CO) ；

⑤实验III与实验II的温度相同，则平衡常数相同。根据①的计算可知NO、CO的物质的量减少0.175mol，生成二氧化碳与氮气的物质的量是0.0875mol，则平衡时各物质的浓度是c(CO)=c（NO）=（0.4-0.175）mol/5L=0.045mol/L，二氧化碳、氮气的浓度是0.0875mol/5L= 0.0175mol/L ，所以平衡常数K=c(CO2)c(N2)/ c(CO)2 c(NO）2=74.68 L/mol.

考点：考查对图像的分析，反应速率、平衡常数的计算，平衡移动的判断