Question

汽车尾气中含有CO、NO₂等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。

（1）汽车尾气中CO、NO₂气体在一定条件下可以发生反应：

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

①恒温恒容条件下，不能说明该反应已达到平衡状态的是________(填序号)；

A．容器内混合气体颜色不再变化       B．容器内的压强保持不变

C．2v_逆(NO₂)=v_正(N₂)                  D．容器内混合气体密度保持不变

②能使该反应的反应速率增大，且平衡向逆反应方向移动的是________(填序号)；

A．及时分离出CO₂                                     B．适当升高温度

C．减小容器体积使体系压强增大       D．选择高效催化剂

③对于该反应，温度不同(T₂>T₁)、其他条件相同时，下列图像正确的是________(填序号)；

 

（2）汽车尾气中CO与H₂O(g)在一定条件下可以发生反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)  ΔH<0；820 ℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，起始时按照右表进行投料，达到平衡状态时K=1.0。

起始物质的量	甲	乙	丙
n(H2O)/mol	0.10	0.20	0.20
n(CO)/mol	0.10	0.10	0.20

 

①该反应的平衡常数表达式为___________；平衡时，甲容器中CO的转化率=        ；

②平衡时，比较下列容器中CO的转化率：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】

试题分析：（1）①反应体系中只有二氧化氮是红棕色气体，其余均为无色气体，容器内气体颜色不再变化，说明二氧化氮浓度不再变化，即反应达到平衡，故A错误；若反应正向进行，由于正反应是气体物质的量减小的反应，因此容器内混合气体的压强逐渐减小，若压强保持不变，说明各组分的物质的量保持不变，即反应达到平衡，故B错误；同一物质表示的v_逆= v_正，不同物质表示逆反应速率和正反应速率之比等于化学方程式中对应系数之比，都能说明反应达到平衡，即v_逆(NO₂)/v_正(N₂)=2/1，所以v_逆(NO₂)=2v_正(N₂)能说明反应达到平衡，而2v_逆(NO₂)=v_正(N₂)不能说明反应达到平衡，故C正确；混合气体的密度等于质量除以容器的容积，由于反应物和生成物都是气体，反应遵循质量守恒定律，则混合气体总质量始终不变，由于容器的体积不变，则混合气体的密度始终不会改变，因此密度不变不能说明反应达到平衡，故D正确；②及时分离出二氧化碳，即减小生成物浓度，反应速率减小，平衡向正反应方向移动，故A错误；ΔH=－1200 kJ·mol^－1，则正反应是放热反应，升高温度，反应速率增大，平衡向吸热反应或逆反应方向移动，故B正确；正反应是气体体积减小的方向，减小容器体积增大压强，增大反应物和生成物浓度，反应速率增大，平衡向气体体积减小或正反应方向移动，故C错误；选择高效催化剂，能增大反应速率，但是对平衡无影响，平衡不移动，故D错误；③平衡时升高温度，正逆反应速率都会突然增大，且吸热反应方向的速率增大程度大于放热反应方向的速率，即逆反应速率>正反应速率>原平衡时的正逆反应速率=原平衡时的逆反应速率，故甲图错误；升高温度，反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，既能缩短达到平衡的时间，又能使反应物的平衡转化率减小，则T₂时曲线比T₁时先达到平衡，平衡时二氧化氮的转化率降低，故乙图正确；增大压强，平衡向正反应方向移动，反应物的物质的量减小，则一氧化碳的体积分数逐渐减小，而非增大；升高温度，平衡向逆反应方向移动，反应物的物质的量增大，则一氧化碳的体积分数增大，而非减小，故丙图错误；（2）①平衡常数等于平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，则CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)的平衡常数K的表达式为；由于容器容积未知，为了简便计算过程，可设容积为1L，甲容器中CO的变化浓度为x mol·L^－1，先求该反应中各组分的（起始、变化、平衡）浓度，则：

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始浓度/mol·L^－1     0.10    0.10       0     0

变化浓度/mol·L^－1       x      x        x      x

平衡浓度/mol·L^－1   0.10—x  0.10—x     x      x

K===1.0

解得：x =0.050

②1）甲→乙，就是增大水蒸气的浓度，增大一种反应物浓度，平衡向正反应方向移动，另一种反应物的转化率增大，则一氧化碳的平衡转化率：甲<乙（或者通过计算比较）；

可设容积为1L，乙容器中CO的变化浓度为y mol·L^－1，先求该反应中各组分的（起始、变化、平衡）浓度，则：

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始浓度/mol·L^－1     0.10    0.20       0     0

变化浓度/mol·L^－1       y      y        y      y

平衡浓度/mol·L^－1   0.10—y  0.20—y     y      y

K===1.0

解得：y =0.20/3

则平衡时乙容器中一氧化碳的平衡转化率为：×100%=×100%=67%>50%。

2）甲→丙，起始投料加倍、投料比不变，就是增大两种反应物浓度增大压强，由于正反应是气体体积不变的反应，则平衡不移动，一氧化碳平衡转化率保持不变，则一氧化碳的平衡转化率：甲=丙（或者通过计算比较）；

可设容积为1L，丙容器中CO的变化浓度为z mol·L^－1，先求该反应中各组分的（起始、变化、平衡）浓度，则：

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始浓度/mol·L^－1     0.20    0.20       0     0

变化浓度/mol·L^－1       z      z        z      z

平衡浓度/mol·L^－1   0.20—z  0.20—z     z      z

K===1.0

解得：z =0.10

则平衡时丙容器中一氧化碳的平衡转化率为：×100%=×100%=50%。

考点：考查化学反应原理，涉及化学平衡的判断依据、外界条件对化学反应速率和平衡移动的影响、化学反应速率和化学平衡图像、平衡常数表达式、化学平衡常数与平衡转化率的计算等。