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)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)，對其研究和綜合治理具有重要意義。

(1)汽車發(fā)動機(jī)工作時會引發(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)。

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。電解時其中b極上生成乙烯的電極反應(yīng)式為_________。

(4)汽車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，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某科研小組設(shè)計了以下三組實驗:

實驗編號	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實驗I前5s內(nèi)用N2 表示的反應(yīng)速率為________。

②實驗I反應(yīng)的平衡常數(shù)KI=_______。

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

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)不變能說明反應(yīng)達(dá)平衡，選項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)不變不能說明反應(yīng)達(dá)平衡，選項B錯誤。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的氮氣和二氧化碳（水為液體），其平均分子量為：（28+44）÷2=36；所以說明如果按照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，此時平均分子量不變不能說明反應(yīng)達(dá)平衡，選項C錯誤。選項D中的比例關(guān)系不說明反應(yīng)達(dá)平衡，原因是這個比例關(guān)系可能是瞬間達(dá)到的結(jié)果，過了這個時刻，這個比例就變化了，即應(yīng)該加上“不再變化”才能說明反應(yīng)達(dá)平衡，選項D錯誤。

（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，C2H4中C為-2價，所以反應(yīng)應(yīng)該得電子，一個C得到6個電子，補(bǔ)充反應(yīng)片段為：2CO2 + H+ +12e- → C2H4。再根據(jù)原子個數(shù)守恒和電荷守恒得到反應(yīng)為：2CO2＋12H+＋12e－＝C2H4＋4H2O。

（4）①從圖中得到前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實驗Ⅱ與實驗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)到平衡需要的時間較短，但是達(dá)平衡時的NO濃度不變。實驗Ⅲ與實驗Ⅱ相比較，反應(yīng)的溫度較高，所以速率快達(dá)到平衡需要的時間較短，升高溫度平衡逆向移動，達(dá)到平衡時的NO的濃度增加，所以圖像為：。