Question

【題目】研究高效催化劑是解決汽車尾氣中的 NO 和 CO 對(duì)大氣污染的重要途徑。

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

C(s)+O2(g)= CO(g) △H2= -110.5 kJ/mol

N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3= +180.0 kJ/mol

則汽車尾氣的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng) 2NO(g)+ 2CO(g)=N2(g)+ 2CO2(g)的△H =_______kJ/mol。

(2)400℃時(shí)，在分別裝有催化劑 A 和 B 的兩個(gè)容積為 2 L 的剛性密閉容器中，各充入物質(zhì)的量均為nmol的NO和CO發(fā)生上述反應(yīng)。通過(guò)測(cè)定容器內(nèi)總壓強(qiáng)隨時(shí)間變化來(lái)探究催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，數(shù)據(jù)如下表：

時(shí)間/min	0	10	20	30	∞
A容器內(nèi)壓強(qiáng)/kPa	75.0	70.0	65.0	60.0	60.0
B容器內(nèi)壓強(qiáng)/kPa	75.0	71.0	68.0	66.0	60.0

①由上表可以判斷催化劑 __________(填“A”或“B”) 的效果更好。

②容器中CO 的平衡轉(zhuǎn)化率為 __________。400℃時(shí)，用壓強(qiáng)表示的平衡常數(shù)Kp__________(kPa)-1 (保留兩位小數(shù))。

③汽車尾氣排氣管中使用催化劑可以提高污染物轉(zhuǎn)化率，其原因是 __________。

(3)為研究氣缸中NO的生成， 在體積可變的恒壓密閉容器中，高溫下充入物質(zhì)的量均為 1mol 的氮?dú)夂脱鯕猓�發(fā)生反應(yīng) N2(g)+ O2(g)2NO(g)。

①下列說(shuō)法能表明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________(填序號(hào))。

A.2v正(O2)= v逆(NO) B.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

C.c(N2):c(O2)=l D.容器內(nèi)溫度不變

②為減小平衡混合氣中 NO 的體積分?jǐn)?shù)， 可采取的措施是 ___________。

(4)對(duì)于缸中NO的生成，化學(xué)家提出了如下反應(yīng)歷程：

第一步 O22O 慢反應(yīng)

第二步 O+N2NO+N 較快平衡

第三步 N+O2NO+O 快速平衡

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是_______(填標(biāo)號(hào))。

A.第一步反應(yīng)不從N2分解開(kāi)始，是因?yàn)?/span>N2比O2穩(wěn)定

B.N、O 原子均為該反應(yīng)的催化劑

C.三步反應(yīng)中第一步反應(yīng)活化能最大

D.三步反應(yīng)的速率都隨溫度升高而增大

Answer 1

【答案】-794.5 A 80% 4.27 排氣管是敝口容器，管中進(jìn)行的反應(yīng)為非平衡態(tài)，該非平衡條件下，反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)污染物轉(zhuǎn)化率就越高 AD 降低溫度 B

【解析】

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

②C(s)+O2(g)= CO(g) △H2= -110.5 kJ/mol

③N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3= +180.0 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，2×①-（2×②+③）得2NO(g)+ 2CO(g)=N2(g)+ 2CO2( g) △H=-393.5 kJ/mol×2-（-110.5 kJ/mol）×2 -180.0 kJ/mol=-794.5 kJ/mol，故答案為：-794.5；

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析A容器中反應(yīng)先達(dá)到平衡，則催化劑A的效果更好，故答案為：A；

②設(shè)平衡時(shí)反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為x，則

則，解得x=，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為；平衡時(shí)NO、CO、N2、CO2的物質(zhì)的量分別為、、、，則各物質(zhì)的分壓分別為、、、，(kPa)-1，故答案為：80%；4.27；

③汽車尾氣排氣管中使用催化劑可以提高污染物轉(zhuǎn)化率，其原因是排氣管是敝口容器，管中進(jìn)行的反應(yīng)為非平衡態(tài)，該非平衡條件下，反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)污染物轉(zhuǎn)化率就越高，故答案為：排氣管是敝口容器，管中進(jìn)行的反應(yīng)為非平衡態(tài)，該非平衡條件下，反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)污染物轉(zhuǎn)化率就越高；

（3）①A. 2v正(O2)= v逆(NO)=2v逆(O2)，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，則說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A選；

B. 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終保持不變，所以B不選；

C. c(N2):(O2)=l不能說(shuō)明反應(yīng)物、生成物的濃度保持不變，故C不選；

D 該反應(yīng)伴隨著能量不變，該容器內(nèi)溫度不變，說(shuō)明轉(zhuǎn)化率不變，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D選；故答案為：AD ；

②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO的體積分?jǐn)?shù)降低，故答案為：降低溫度；

（4）A. 根據(jù)題給反應(yīng)機(jī)理分析，N2比O2穩(wěn)定，所以第一步反應(yīng)不從N2分解開(kāi)始，故A正確；

B. 根據(jù)反應(yīng)歷程分析，O 原子為該反應(yīng)的催化劑，故B錯(cuò)誤；

C. 三步反應(yīng)中第一步反應(yīng)速率最慢，說(shuō)明活化能最大，故C正確；

D. 溫度升高，增大活化分子百分?jǐn)?shù)，所以三步反應(yīng)的速率都隨溫度升高而增大，故D正確；故答案為：B。