Question

据公安部2019年12月统计，2019年全国机动车保有量已达3.5亿。汽车尾气排放的碳氢化合物、氮氧化物及碳氧化物是许多城市大气污染的主要污染物。

I.汽油燃油车上安装三元催化转化器，可有效降低汽车尾气污染。

（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)    △H₁=−393.5kJ·mol⁻¹

2C(s)+O₂(g)=2CO(g)    △H₂=−221.0kJ·mol⁻¹

N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)    △H₃=+180.5kJ·mol⁻¹

CO和NO两种尾气在催化剂作用下生成N₂的热化学方程式___。

（2）对于2NO（g）+2CO（g）N₂（g）+2CO₂（g），在一定温度下，于1L的恒容密闭容器中充入0.1molNO和0.3molCO，反应开始进行。

下列能说明该反应已经达到平衡状态的是___（填字母代号）。

A.比值不变

B.容器中混合气体的密度不变

C.v（N₂）_正=2v（NO）_逆

D.容器中混合气体的平均摩尔质量不变

（3）使用间接电化学法可处理燃煤烟气中的NO，装置如图2所示。

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式___。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理___。

（4）T₁温度时在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应：2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)   △H<0。实验测得：v_正=v(CO)_消耗=2v(O₂)_消耗=k_正c²(CO)·c(O₂)，v_逆=(CO₂)_消耗=k_逆c²(CO₂)，k_正、k_逆为速率常数只受温度影响。不同时刻测得容器中n(CO)、n(O₂)如表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	2	1.2	0.8	0.4	0.4	0.4
n(O2)/mol	1.2	0.8	0.6	0.4	0.4	0.4

①T₁温度时=___L/mol。

②若将容器的温度改变为T₂时其k_正=k_逆，则T₂__T₁(填“>”、“<”或“=")。

II.“低碳经济”备受关注，CO₂的有效开发利用成为科学家研究的重要课题。在0.1MPa、Ru/TiO₂催化下，将一定量的H₂和CO₂置于恒容密闭容器中发生反应X：CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)  △H<0

（5）温度为T时，向10L密闭容器中充入5molH₂和CO₂的混合气体，此时容器内压强为5P，两种气体的平衡转化率ɑ与的关系如图所示：

①图中CO₂的平衡转化率可用表示___（L₁或L₂）

②该温度下，反应X的平衡常数K_p=___。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

Answer

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5kJ/mol AD 2+2e-+2H+=+2H2O 2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3- 80 > L1

【解析】

（1）根据盖斯定律计算反应热，完成热化学方程式书写；

（2）化学平衡状态的判断要依据正逆反应速率相等，各组分的浓度不变来分析判断；

（3）结合图示信息确定吸收室中的反应物和产物，以及阴极的反应物和产物，依据电子得失守恒以及元素守恒完成反应方程式的书写；

（4）根据表达式，结合平衡时正逆反应速率相等，确定平衡常数与正逆速率常数之间的关系，利用表格数据列出三段式，求解平衡常数，根据温度改变平衡常数改变，由不同温度时平衡常数的大小确定温度的变化情况；

（5）根据浓度对平衡的影响分析反应物比值改变时的转化率变化，借助特殊的交点数据列三段式求解Kp。

（1）将三个反应依次标记为I、II、III，根据盖斯定律热化学方程式2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，可由得到，则ΔH== =-746.5kJ/mol，则该反应的热化学方程式为2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)ΔH=-746.5kJ/mol，故答案为：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)ΔH=-746.5kJ/mol；

（2）A.反应过程中NO的浓度在减小，二氧化碳的浓度在增大，则比值在反应过程中是变量，当比值不变时说明浓度不再改变，反应达到平衡，故A可判断；

B.该反应前后各物质均为气体，气体质量保持不变，容器体积恒定，则密度始终保持恒定，故容器中混合气体的密度不变不能确定平衡状态，故B不可判断；

C.平衡时正逆反应速率相等，不同物质间速率要满足化学计量数之比，即2v（N2）正=v（NO）逆时反应达平衡状态，故C不能判断；

D.反应前后气体质量不变，该反应正向气体分子数减小，反应过程中容器中混合气体的平均摩尔质量逐渐增大，当平均摩尔质量不变时反应达到平衡，故D可判断。

故答案为：AD；

（3）由电解装置可知左侧Pb为阴极，阴极上发生转变为的反应，电解为弱酸性环境，则电极反应式为：2+2e-+2H+=+2H2O；吸收室中发生NO和产生和氮气的反应，反应方程式为2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-，故答案为： 2+2e-+2H+=+2H2O；2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-

（4）①v正=k正c2(CO)·c(O2)，v逆=k逆c2(CO2)，当反应达平衡时v正= v逆，则k正c2(CO)·c(O2)= k逆c2(CO2)， 。

根据表格信息，T1时反应3s达到平衡状态，c(CO)= , c(O2)=0.2mol/L，结合反应可知二氧化碳的浓度变化量=一氧化碳的浓度变化量=1mol/L-0.2mol/L=0.8 mol/L，则该温度时的平衡常数K=,则该温度时=80，故答案为：80；

②温度改变为T2时k正=k逆，即=1，此时的平衡常数小于T1时的平衡常数，该反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动平衡常数减小，因此T2大于T1，故答案为：>；

（5）①越大时，可视为是二氧化碳不变时增大氢气的物质的量，增大氢气的量平衡正向移动，二氧化碳的转化率增大，而氢气的转化率降低，故L1代表二氧化碳，L2代表氢气，故答案为：L1；

②温度为T不变时，平衡常数不变，取交点时计算，交点时两者的转化率均为50%，总气体为5mol，=amol，则=（5-a）mol，列三段式得：

CO2(g)

+4H2(g)

⇌CH4(g)

+2H2O(g)

起始物质的量：

a

5-a

转化物质的量：

0.5a

0.5（5-a）

0.5a

a

平衡物质的量：

0.5a

0.5（5-a）

0.5a

a

由变化量之比等于化学计量数之比得： ，解得：a=1,代入三段式得，

CO2(g)+

4H2(g)

⇌CH4(g)+

2H2O(g)

起始物质的量：

1

4

转化物质的量：

0.5

2

0.5

1

平衡物质的量：

0.5

2

0.5

1

起始物质的量为5mol时气体压强为5P，平衡时气体物质的量为4mol，则平衡时压强为4P， ，故答案为：