Question

【題目】汽車尾氣排放的NO和CO都是有毒的氣體，科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成無毒的CO2和N2，減少污染。

（1）已知：N2（g）+O2（g）=2NO（g） △H=+180.0 kJ/mol

2C（s）+O2（g）=2CO（g） △H=-221.0 kJ/mol

2C（s）+2O2（g）=2CO2（g） △H=-787.0 kJ/mol

則尾氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g） △H= 。

（2）對于反應(yīng)2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g），為了測定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，用氣體傳感器測得不同時(shí)間的NO和CO濃度如下表

時(shí)間/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)/×10－4 mol/L	3.00	2.25	1.75	1.36	1.00	1.00
c(CO)/×10－4 mol/L	4.00	3.25	2.75	2.36	2.00	2.00

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：

①前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率 υ(CO2)= mol/(Ls)。

②在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 。

（3）假設(shè)在恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列有關(guān)說法正確的是 。

A．選用更有效的催化劑能提高尾氣的轉(zhuǎn)化率

B．升高反應(yīng)體系的溫度能提高反應(yīng)速率， 提高尾氣的轉(zhuǎn)化率

C．相同溫度下，若NO和CO的起始濃度分別為1.50×10－4 mol/L和2.00×10－4 mol/L，平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)比原平衡體系中N2的體積分?jǐn)?shù)低

D．單位時(shí)間內(nèi)消耗NO的物質(zhì)的量等于生成CO2的物質(zhì)的量時(shí)即達(dá)平衡狀態(tài)

（4）用尾氣NO2為原料可制新型硝化劑N2O5，原理：先將NO2轉(zhuǎn)化為N2O4，再采用電解法制備N2O5，裝置如右圖所示則電源b極是__________極（填“正”“負(fù)”），生成N2O5電極反應(yīng)式為 ，電解一段時(shí)間后硝酸溶液的pH （填“增大”“減小”“不變”）。

Answer 1

【答案】（1）-746.0 kJ/mol

（2）①6.25×10－5 ②104（3）C

（4）負(fù) N2O4－2e— + 2HNO3 = 2N2O5 + 2H+ 不變

【解析】

試題分析：

（1）設(shè)3個(gè)熱化學(xué)方程式的序數(shù)依次為①、②、③，依據(jù)蓋斯定律③－②－①得到，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g） △H=（－787 .0 kJ/mol）－（－221.0 kJ/mol）－（+180.0 kJ/mol）=－746.0 kJ/mol。

（2）①由表格中的數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)NO濃度的變化量為3.00×10-4－1.75×10-4=1.25×10-4mol/L，則υ(NO)= =6.25×10-5mol/(Ls)，由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則υ(CO2)=υ(NO)=6.25×10-5mol/(Ls)。

②由表格中的數(shù)據(jù)可知到4s時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡，則根據(jù)三段式：

2NO+2CO2CO2 +N2

開始×10-4 3 4 0 0

轉(zhuǎn)化×10-4 2 2 2 1

平衡×10-4 1 2 2 1

則K= = =104，

（3）A．催化劑與轉(zhuǎn)化率無關(guān)，故A錯(cuò)誤；B．升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)正反應(yīng)放熱，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故B錯(cuò)誤；C．由于是恒容容器，相同溫度下，若NO和CO的起始濃度分別為1.50×10－4 mol/L和2.00×10－4 mol/L，則濃度相當(dāng)于原平衡的一半，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，因該反應(yīng)是氣體系數(shù)減小的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動，所以平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)比原平衡體系中N2的體積分?jǐn)?shù)低，故C正確；D．單位時(shí)間內(nèi)消耗NO的物質(zhì)的量等于生成CO2的物質(zhì)的量是同一個(gè)方向的速率，不是正逆反應(yīng)速率，故D錯(cuò)誤；故選C。

（4）根據(jù)用NO2為原料制備N2O5的原理可知，NO2失去電子得到N2O5，可知電極X為陽極，則電源的a電極為正極，電源的b電極為負(fù)極。N2O4被氧化得N2O5，所以電解池中生成N2O5的電極反應(yīng)式是N2O4+2HNO3－2e－=2N2O5+2H+，陽極產(chǎn)生的H+通過質(zhì)子交換膜移到陰極再放電產(chǎn)生H2，所以溶液的pH無變化。