Question

【题目】汽车尾气排放的一氧化碳、氮氧化物等气体已成为大气污染的主要来源．德国大众汽车尾气检测造假事件引起全世界震惊．根据下列示意图回答有关问题：

（1）汽车发动机工作时会引发N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180kJmol﹣1 ， 其能量变化示意图如下：

则NO中氮氧键的键能为kJmol﹣1；
（2）空燃比过小易产生CO．有人提出可以设计反应2CO（g）=2C（s）+O2（g）来消除CO的污染．判断该设想是否可行，并说出理由；
（3）利用活性炭涂层排气管处理NOx的反应为：xC（s）+2NOx（g）N2（g）+xCO2 （g）△H=﹣b kJmol﹣1 ． 若使NOx更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是；
A.增加排气管长度
B.增大尾气排放口
C.升高排气管温度
D.添加合适的催化剂
（4）催化装置中涉及的反应之一为：2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）．

①探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到图2所示的曲线．催化装置比较适合的温度和压强是；
②测试某型号汽车在冷启动（冷启动指发动机水温低的情况下启动）时催化装置内CO和NO百分含量随时间变化曲线如图3所示．则前10s 内，CO和NO百分含量没明显变化的原因是；
③研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率．为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了以下三组实验：

实验编号	T（K）	NO初始浓度 （molL﹣1）	CO初始浓度 （molL﹣1）	催化剂的比表面积（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

根据坐标图4，计算400K时该反应的平衡常数为 ．

Answer 1

【答案】
（1）632
（2）不合理，该反应焓增、熵减，任何条件下都不能自发进行或该反应△H＞0，△S＜0 则△G＞0
（3）AD
（4）400K，1MPa；尚未达到催化剂工作温度（或尚未达到反应的温度）；5000L?mol﹣1
【解析】解：（1）设NO中氮氧键的键能为x，
△H=反应物的键能总和﹣生成物的键能总和=（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）是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行，所以无法消除CO的污染，
所以答案是：不合理，该反应焓增、熵减，任何条件下都不能自发进行或该反应△H＞0，△S＜0则△G＞0；
（3.）xC（s）+2NOx（g）N2（g）+xCO2 （g）△H=﹣b kJmol﹣1 ． 此反应为放热反应，
A．增加排气管长度，增大了相当于增大了固体的接触面积，加快了化学反应速率，故A正确；
B．增大尾气排放口，对反应速率和平衡不产生影响，故B错误；
C．升高排气管温度，温度升高，平衡左移，不利于NOx转化，故C错误；
D．添加合适的催化剂，加快化学反应速率，故D正确；
所以答案是：AD；
（4.）①由图2可知，等压条件下，温度越低，NO的转化率越高，因此温度选400K，同温下，NO的转化率随着温度的升高变化不大，所以选用较为经济的1MPa，
所以答案是：400K，1MPa：
②汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线变化分析，开始的气体含量变化不大，说明温度低，催化剂的作用未起作用；证明反应未达到催化剂工作温度（或尚未达到反应的温度）；
所以答案是：尚未达到催化剂工作温度（或尚未达到反应的温度）；
③设400K达到平衡状态时，则

	2NO（g）	+	2CO（g）		N2（g）	+	2CO2（g）
初始浓度（10﹣3molL﹣1）：	1		3.60		0		0
转化浓度（10﹣3molL﹣1）：	0.9		0.9		0.45		0.9
平衡浓度（10﹣3molL﹣1）：	0.1		2.7		0.45		0.9

K= =5000Lmol﹣1 ，
所以答案是：5000Lmol﹣1 ．
【考点精析】根据题目的已知条件，利用反应热和焓变和化学平衡状态本质及特征的相关知识可以得到问题的答案，需要掌握在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）．