Question

【題目】大氣中的氮氧化物(NOx)、CO、CO2、SO2 等的含量低高是衡量空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，對(duì)其研究和綜合治理具有重要意義。

(1)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)引發(fā)N2和O2反應(yīng)。已知:N2中氮氮鍵的鍵能是946kJ/mol，O2中氧氧鍵的鍵能是498kJ/mol，NO中氮氧鍵的鍵能是632kJ/mol。則N2和O2反應(yīng)生成NO的熱化學(xué)方程式為_____________。

(2)用CH4催化還原NOx可以消除污染:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)。若該反應(yīng)在恒溫恒容容器中達(dá)到平衡,下列敘述能作為判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)標(biāo)志的是_____(填標(biāo)號(hào))。

A.容器中的壓強(qiáng)保持不變

B.容器中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化

C.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化

D.n(CH4):n(NO2):n(N2):n(CO2):n(H20)=1:2: 1: 1: 2

(3)為減少CO、CO2對(duì)環(huán)境造成的影響，采用以下方法將其資源化利用。

①在鋁礬土作催化劑、773K條件下，3molCO與1.5molSO2反應(yīng)生成3molCO2和0.75mol硫蒸氣，該反應(yīng)可用于從煙道氣中回收硫，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_________。

②以CO2為原料采用特殊的電極電解強(qiáng)酸性的CO2水溶液可得到多種燃料，其原理如圖所示。電解時(shí)其中b極上生成乙烯的電極反應(yīng)式為_________。

(4)汽車(chē)尾氣處理催化裝置中涉及的反應(yīng)之一為:2NO(g) +2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H<0

研究表明:在使用等質(zhì)量的催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某科研小組設(shè)計(jì)了以下三組實(shí)驗(yàn):

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	NO初始濃度/(mol.L-1)	CO初始濃度/(mol.L-1)	催化劑的比表面積(m2.g-1)
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

(注:生成物的起始濃度為0mol/L)

根據(jù)下圖回答:

①實(shí)驗(yàn)I前5s內(nèi)用N2 表示的反應(yīng)速率為________。

②實(shí)驗(yàn)I反應(yīng)的平衡常數(shù)KI=_______。

③在圖中畫(huà)出上表中實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)(標(biāo)明各條曲線的實(shí)驗(yàn)編號(hào)) _____。

Answer 1

【答案】 N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=＋180 kJ/mol A 4CO＋2SO2 4CO2＋S2 2CO2＋12H+＋12e－＝C2H4＋4H2O 9×10－5mol/(Ls) 5×103

【解析】（1）化學(xué)反應(yīng)的焓變等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能，反應(yīng)為：N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)，所以焓變?yōu)椋?46+498-2×632=180kJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為：N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=＋180 kJ/mol。

（2）恒容恒溫下，容器的壓強(qiáng)不變就是氣體的總物質(zhì)的量不變，該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)（水為液態(tài)），所以壓強(qiáng)不變能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，選項(xiàng)A正確。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)中氮元素的總質(zhì)量和整個(gè)體系的總質(zhì)量都不變，所以氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。甲烷和二氧化氮是按照物質(zhì)的量之比為1:2反應(yīng)的，所以反應(yīng)的氣體的平均分子量為：（16+46×2）÷3=36；生成物為1:1的氮?dú)夂投�氧化碳（水為液體），其平均分子量為：（28+44）÷2=36；所以說(shuō)明如果按照1:2的比例關(guān)系加入甲烷和二氧化氮反應(yīng)，體系的平均分子量將一直是36，此時(shí)平均分子量不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。選項(xiàng)D中的比例關(guān)系不說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，原因是這個(gè)比例關(guān)系可能是瞬間達(dá)到的結(jié)果，過(guò)了這個(gè)時(shí)刻，這個(gè)比例就變化了，即應(yīng)該加上“不再變化”才能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

（3）①3molCO與1.5molSO2反應(yīng)生成3molCO2和0.75mol硫蒸氣，從而得到四種物質(zhì)的比例為4：2：4：1，如果生成的是S明顯看出方程式中的S不守恒，所以只能認(rèn)為生成的硫蒸氣為S2，得到4CO＋2SO24CO2＋S2。

②從圖中得到b電極的反應(yīng)物為CO2，溶液應(yīng)該顯酸性，題目要求寫(xiě)生成乙烯（C2H4）的反應(yīng)，所以得到反應(yīng)片段：CO2 + H+ →C2H4。CO2中C為+4價(jià)，C2H4中C為-2價(jià)，所以反應(yīng)應(yīng)該得電子，一個(gè)C得到6個(gè)電子，補(bǔ)充反應(yīng)片段為：2CO2 + H+ +12e- → C2H4。再根據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒和電荷守恒得到反應(yīng)為：2CO2＋12H+＋12e－＝C2H4＋4H2O。

（4）①?gòu)膱D中得到前5s的，由方程式得到N2的速率是NO速率的一半，所以。

②根據(jù)題目數(shù)據(jù)得到：2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g) △H<0

起始： 1×10-3 3.6×10-3 0 0

反應(yīng)： 0.9×10-3 0.9×10-3 0.45×10-3 0.9×10-3

平衡： 0.1×10-3 2.7×10-3 0.45×10-3 0.9×10-3

所以KⅠ。

③實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅰ相比較，催化劑的比表面積大，所以反應(yīng)的速率快，但是平衡態(tài)不變，即反應(yīng)達(dá)到平衡需要的時(shí)間較短，但是達(dá)平衡時(shí)的NO濃度不變。實(shí)驗(yàn)Ⅲ與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比較，反應(yīng)的溫度較高，所以速率快達(dá)到平衡需要的時(shí)間較短，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)的NO的濃度增加，所以圖像為：。