Question

【题目】研究汽车尾气的产生、转化对环境保护有重要意义。汽车尾气管中的三元催化剂能同时实现CO、CxHy、NOn三种成分的净化。

(1)已知热化学方程式：

CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH＝＋180 kJ·mol－1

则反应CH4(g)＋4NO(g)＝CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝____kJ·mol－1。

(2)研究表明，温度对CO、CxHy、NOn的产生和排放有较大影响。

①汽车发动机内的温度越高，生成的NO越多，原因是____。

②当汽车刚冷启动时，汽车尾气管排放的CO、CxHy、NOn浓度较高，一段时间后浓度逐渐降低。汽车刚冷启动时排放CO、CxHy、NOn浓度较高的原因是____。

(3)催化剂表面CO、CxHy、NOn的转化如图1所示，化合物W可借助图2 (傅里叶红外光谱图)确定。

①在图1所示转化中，W的化学式为____。若转化Ⅱ中消耗CO的物质的量为1mol，生成N2的物质的量为1mol，则被CxHy还原的W的物质的量为____。

②用H2代替CO、CxHy与W反应，该过程相关物质浓度随时间的变化关系如图3所示。该过程分为两步，第一步反应消耗的H2与W的物质的量之比是____。

(4)尾气净化过程中，有时会产生N2O。用同位素示踪法研究发现N2O的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的N2O几乎都是15NNO。写出该反应的化学方程式：____。

Answer 1

【答案】－1250.3 N2和O2反应为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动 刚冷启动时，尾气管内催化剂温度低，催化效率低（或刚冷启动时，尾气管处温度低，反应速率慢） Ba(NO3)2 0.8mol 8∶1 415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O

【解析】

(1) 根据盖斯定律进行计算；

(2)①N2和O2反应为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动；

②刚冷启动时，尾气管内催化剂温度低，催化效率低（或刚冷启动时，尾气管处温度低，反应速率慢）；

(3) ①在图1所示的转化中N、O化合价降低，为氧化剂被还原；

②第一步反应中H2被氧化生成水，化合价由0价升高到+1价，Ba (NO3) 2的N元素化合价由+5价降低到-3价，生成氨气，结合得失电子数目相等计算;

(4)在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO由N元素守恒可知15NO与NH3应为1: 1，结合电子得失相等配平。

(1)已知①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1

②N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH2＝＋180 kJ·mol－1

根据盖斯定律，由①-②2得反应CH4(g)＋4NO(g)＝CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－1250.3kJ·mol－1；

(2)①N2和O2反应为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，故汽车发动机内的温度越高，生成的NO越多；

②当汽车刚冷启动时，汽车尾气管排放的CO、CxHy、NOn浓度较高，一段时间后浓度逐渐降低。刚冷启动时，尾气管内催化剂温度低，催化效率低（或刚冷启动时，尾气管处温度低，反应速率慢），排放CO、CxHy、NOn浓度较高；

(3)①在图1所示的转化中N、O化合价降低为氧化剂被还原；由傅里叶红外光谱图（如图2所示）确定化合物X含硝酸根，再结合图一由钡离子参与，所以X为Ba(NO3)2；

若转化Ⅱ中消耗CO的物质的量为1mol，生成N2的物质的量为1mol，Ba(NO3)2的N元素化合价由+5价降低到0价, 生成氮气，则1molBa(NO3)2生成氮气的过程中得到10mol电子，其中CO转化为CO2的过程中提供2mol电子，即被CO还原的部分是0.2mol，则被CxHy还原的Ba(NO3)2的物质的量为0.8mol；

②第一步反应中H2被氧化生成水,化合价由0价升高到+1价，Ba(NO3)2的N元素化合价由+5价降低到- 3价, 生成氨气，则1molBa(NO3)2,生成氨气转移16mol电子，参加反应的氢气的物质的量为= 8mol,则消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是8:1；

(4)在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时, 得到的笑气几乎都是15NNO,由N元素守恒可知15N0与NH3应为1 : 1,可知反应的化学方程式为415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O。