Question

【题目】大气中的氮氧化物(NOx)、CO、CO2、SO2 等的含量低高是衡量空气质量优劣的重要指标，对其研究和综合治理具有重要意义。

(1)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应。已知:N2中氮氮键的键能是946kJ/mol，O2中氧氧键的键能是498kJ/mol，NO中氮氧键的键能是632kJ/mol。则N2和O2反应生成NO的热化学方程式为_____________。

(2)用CH4催化还原NOx可以消除污染:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)。若该反应在恒温恒容容器中达到平衡,下列叙述能作为判断反应达到平衡状态标志的是_____(填标号)。

A.容器中的压强保持不变

B.容器中氮元素的质量分数不再变化

C.混合气体的平均相对分子质量不再变化

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

(3)为减少CO、CO2对环境造成的影响，采用以下方法将其资源化利用。

①在铝矾土作催化剂、773K条件下，3molCO与1.5molSO2反应生成3molCO2和0.75mol硫蒸气，该反应可用于从烟道气中回收硫，写出该反应的化学方程式_________。

②以CO2为原料采用特殊的电极电解强酸性的CO2水溶液可得到多种燃料，其原理如图所示。电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为_________。

(4)汽车尾气处理催化装置中涉及的反应之一为:2NO(g) +2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H<0

研究表明:在使用等质量的催化剂时，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，某科研小组设计了以下三组实验:

实验编号	T/K	NO初始浓度/(mol.L-1)	CO初始浓度/(mol.L-1)	催化剂的比表面积(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:生成物的起始浓度为0mol/L)

根据下图回答:

①实验I前5s内用N2 表示的反应速率为________。

②实验I反应的平衡常数KI=_______。

③在图中画出上表中实验Ⅱ、Ⅲ条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势(标明各条曲线的实验编号) _____。

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）化学反应的焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能，反应为：N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)，所以焓变为：946+498-2×632=180kJ/mol，所以热化学方程式为：N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=＋180 kJ/mol。

（2）恒容恒温下，容器的压强不变就是气体的总物质的量不变，该反应为气体物质的量减小的反应（水为液态），所以压强不变能说明反应达平衡，选项A正确。根据质量守恒定律，反应中氮元素的总质量和整个体系的总质量都不变，所以氮元素的质量分数不变不能说明反应达平衡，选项B错误。甲烷和二氧化氮是按照物质的量之比为1:2反应的，所以反应的气体的平均分子量为：（16+46×2）÷3=36；生成物为1:1的氮气和二氧化碳（水为液体），其平均分子量为：（28+44）÷2=36；所以说明如果按照1:2的比例关系加入甲烷和二氧化氮反应，体系的平均分子量将一直是36，此时平均分子量不变不能说明反应达平衡，选项C错误。选项D中的比例关系不说明反应达平衡，原因是这个比例关系可能是瞬间达到的结果，过了这个时刻，这个比例就变化了，即应该加上“不再变化”才能说明反应达平衡，选项D错误。

（3）①3molCO与1.5molSO2反应生成3molCO2和0.75mol硫蒸气，从而得到四种物质的比例为4：2：4：1，如果生成的是S明显看出方程式中的S不守恒，所以只能认为生成的硫蒸气为S2，得到4CO＋2SO24CO2＋S2。

②从图中得到b电极的反应物为CO2，溶液应该显酸性，题目要求写生成乙烯（C2H4）的反应，所以得到反应片段：CO2 + H+ →C2H4。CO2中C为+4价，C2H4中C为-2价，所以反应应该得电子，一个C得到6个电子，补充反应片段为：2CO2 + H+ +12e- → C2H4。再根据原子个数守恒和电荷守恒得到反应为：2CO2＋12H+＋12e－＝C2H4＋4H2O。

（4）①从图中得到前5s的，由方程式得到N2的速率是NO速率的一半，所以。

②根据题目数据得到：2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g) △H<0

起始： 1×10-3 3.6×10-3 0 0

反应： 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实验Ⅱ与实验Ⅰ相比较，催化剂的比表面积大，所以反应的速率快，但是平衡态不变，即反应达到平衡需要的时间较短，但是达平衡时的NO浓度不变。实验Ⅲ与实验Ⅱ相比较，反应的温度较高，所以速率快达到平衡需要的时间较短，升高温度平衡逆向移动，达到平衡时的NO的浓度增加，所以图像为：。