Question

【題目】汽車尾氣排放的一氧化碳、氮氧化物等氣體已成為大氣污染的主要來源．德國大眾汽車尾氣檢測造假事件引起全世界震驚．根據(jù)下列示意圖回答有關問題：

（1）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180kJmol﹣1 ， 其能量變化示意圖如下：

則NO中氮氧鍵的鍵能為kJmol﹣1；
（2）空燃比過小易產(chǎn)生CO．有人提出可以設計反應2CO（g）=2C（s）+O2（g）來消除CO的污染．判斷該設想是否可行，并說出理由；
（3）利用活性炭涂層排氣管處理NOx的反應為：xC（s）+2NOx（g）N2（g）+xCO2 （g）△H=﹣b kJmol﹣1 ． 若使NOx更加有效的轉化為無毒尾氣排放，以下措施理論上可行的是；
A.增加排氣管長度
B.增大尾氣排放口
C.升高排氣管溫度
D.添加合適的催化劑
（4）催化裝置中涉及的反應之一為：2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）．

①探究上述反應中NO的平衡轉化率與壓強、溫度的關系，得到圖2所示的曲線．催化裝置比較適合的溫度和壓強是；
②測試某型號汽車在冷啟動（冷啟動指發(fā)動機水溫低的情況下啟動）時催化裝置內CO和NO百分含量隨時間變化曲線如圖3所示．則前10s 內，CO和NO百分含量沒明顯變化的原因是；
③研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率．為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了以下三組實驗：

實驗編號	T（K）	NO初始濃度 （molL﹣1）	CO初始濃度 （molL﹣1）	催化劑的比表面積（m2/g）
Ⅰ	400	1.00×10﹣3	3.60×10﹣3	82
Ⅱ	400	1.00×10﹣3	3.60×10﹣3	124
Ⅲ	450	1.00×10﹣3	3.60×10﹣3	124

根據(jù)坐標圖4，計算400K時該反應的平衡常數(shù)為 ．

Answer 1

【答案】
（1）632
（2）不合理，該反應焓增、熵減，任何條件下都不能自發(fā)進行或該反應△H＞0，△S＜0 則△G＞0
（3）AD
（4）400K，1MPa；尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）；5000L?mol﹣1
【解析】解：（1）設NO中氮氧鍵的鍵能為x，
△H=反應物的鍵能總和﹣生成物的鍵能總和=（946+498）kJmol﹣1﹣2×x=180kJmol﹣1 ， 解得x=632 kJmol﹣1 ，
所以答案是：632；
（2.）2CO（g）=2C（s）+O2（g）（△H＞0、△S＜0）是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發(fā)進行，所以無法消除CO的污染，
所以答案是：不合理，該反應焓增、熵減，任何條件下都不能自發(fā)進行或該反應△H＞0，△S＜0則△G＞0；
（3.）xC（s）+2NOx（g）N2（g）+xCO2 （g）△H=﹣b kJmol﹣1 ． 此反應為放熱反應，
A．增加排氣管長度，增大了相當于增大了固體的接觸面積，加快了化學反應速率，故A正確；
B．增大尾氣排放口，對反應速率和平衡不產(chǎn)生影響，故B錯誤；
C．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NOx轉化，故C錯誤；
D．添加合適的催化劑，加快化學反應速率，故D正確；
所以答案是：AD；
（4.）①由圖2可知，等壓條件下，溫度越低，NO的轉化率越高，因此溫度選400K，同溫下，NO的轉化率隨著溫度的升高變化不大，所以選用較為經(jīng)濟的1MPa，
所以答案是：400K，1MPa：
②汽車冷啟動時的尾氣催化處理CO、NO百分含量隨時間變化曲線變化分析，開始的氣體含量變化不大，說明溫度低，催化劑的作用未起作用；證明反應未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）；
所以答案是：尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）；
③設400K達到平衡狀態(tài)時，則

	2NO（g）	+	2CO（g）		N2（g）	+	2CO2（g）
初始濃度（10﹣3molL﹣1）：	1		3.60		0		0
轉化濃度（10﹣3molL﹣1）：	0.9		0.9		0.45		0.9
平衡濃度（10﹣3molL﹣1）：	0.1		2.7		0.45		0.9

K= =5000Lmol﹣1 ，
所以答案是：5000Lmol﹣1 ．
【考點精析】根據(jù)題目的已知條件，利用反應熱和焓變和化學平衡狀態(tài)本質及特征的相關知識可以得到問題的答案，需要掌握在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；化學平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）．