题目内容
【题目】为了防止氮氧化物对空气的污染，人们采取了很多措施。
（1）如用CH4催化还原NO2可以消除氮氧化物的污染，发生的反应如下： CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ·mol－1。
①下列有关说法正确的是_________。
A．在容器中充入1mol CH4和2 mol NO2，当体系中n(CH4)/n(NO2)比值不随时间变化时，反应达到平衡状态
B．恒温恒容时，当混合气体的密度不随时间变化时，该反应达到平衡状态
C．体系达到平衡后，升高温度，体系中的混合气体的平均相对分子质量增大
D．恒温恒压时，充入CH4有利于提高氮氧化物的转化率
②在t2时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，在其他条件不变的情况下，t3时刻达到新的平衡状态。请在右图中补充画出从t2到t4时刻v正(N2) 随时间的变化曲线：____________
（2）现有的汽车尾气处理的原理是：NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g)，通常使含适当比例的NO、CO尾气通过装有高效催化剂的处理装置。请根据以下相关数据，分析仅使用催化剂能否有效消除NO、CO尾气污染___________。
反应 | 25℃时的平衡常数 | 焓变 |
反应I：2NO(g) | K1=1×1030 | △H=－180.5kJ/mol |
反应II：2CO2 (g) | K2=4×10－92 | △H= +566.0kJ/mol |
（3）用NH3催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染，其反应原理为：NO(g) +NO2(g)+2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。一定温度下，在某恒定压强为P的密闭容器中充入一定量的NO、NO2和NH3，达到平衡状态后，容器中含n(NO)=a mol，n(NO2)=2a mol，n(NH3)=2a mol，n(N2)=2b mol，且N2(g)的体积分数为1/3，请计算此时的平衡常数Kp=________________。（用只含P的式子表示，且化至最简式）。（备注：对于有气体参加的反应，可用某组分的平衡分压代替物质的量浓度计算平衡常数，记作KP。如p(NO2)为NO2的平衡分压，p(NO2)=x(NO2)p，p为平衡总压，x(NO2)为平衡体系中NO2的物质的量分数。）
（4）用间接电化学法对大气污染物NO进行无害化处理，其原理示意如图（质子膜允许H+和H2O通过），电极I发生的电极反应为_________________________。
【答案】CD 
由反应I和II的平衡常数，可知2NO(g)+2CO(g)
N2(g) +2CO2(g)的K= K1/K2＝2.5×10121，该反应向正方向的趋势很大，使用合适的催化剂加快反应速率，基本上可以除去污染气体 5625P/4 2HSO3－ + 2e－+ 2H+ = S2O42－+2H2O
【解析】
（1）①根据达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率；混合物中各组分的百分含量保持不变以及相关的量不变来分析判断；
②t2时容积扩大到原来的2倍，组分浓度减小，根据勒夏特列原理，平衡向正反应方向移动，v正(N2)减小，t3时达到平衡，以此画出图像；
（2）根据以上有关数据，可据盖斯定律分析，NO与CO反应的K值大小，进而解答；
（3）先根据N2(g)的体积分数为1/3，求出各组份的物质的量分数，再根据
Kp=
计算平衡常数；
（4）电极I为阴极，阴极上是HSO3－获得电子生成S2O42－，在酸性条件下还生成水，结合电子守恒、电荷守恒写出电极反应式。
（1）①A．由反应式和起始加料量可知，体系中n(CH4)/n(NO2)比值始终不变，不能作为达到平衡状态的标志，故A错误；
B．容器的容积和混合气体总质量都不变，所以混合气体的密度不随时间改变，不能作为反应达到平衡状态的标志，故B错误；
C．正反应为放热反应，体系达到平衡后，升高温度，平衡向逆反应方向移动，气体分子数减小，根据M=
，体系中的混合气体的平均相对分子质量增大，故C正确；
D．恒温恒压时，充入CH4平衡向正反应方向移动，氮氧化物的转化率增大，故D正确。
故答案为：CD；
②t2时容积扩大到原来的2倍，组分浓度减小，根据勒夏特列原理，平衡向正反应方向移动，v正(N2)减小，t3时达到平衡，即图像是：
。
故答案为：。
(2) 反应I：2NO(g)
N2(g)＋O2(g) K1=1×1030
反应II：2CO2 (g)2CO(g)＋O2(g) K2=4×10－92
据盖斯定律①-②得2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g)的K= K1/K2＝2.5×10121，K值越大，反应进行的越完全，从理论上来说，CO与NO能反应完全，
因此，本题正确答案是：能，由反应I和II的平衡常数，可知2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g)的K= K1/K2＝2.5×10121，该反应向正方向的趋势很大，使用合适的催化剂加快反应速率，基本上可以除去污染气体；
（3）NO(g) +NO2(g)+2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。
已知平衡时，n(NO)=a mol，n(NO2)=2a mol，n(NH3)=2a mol，n(N2)=2b mol，
物质变化的物质的量之比等于化学计量数之比，则n(H2O)=3b mol，
根据N2(g)的体积分数为1/3，则有：
=
，解得，b=5a，
平衡时NO、NO2、NH3、N2、H2O的物质的量分数分别为：
、
、、、
，
此时的平衡常数Kp==
=
P。
因此，本题正确答案是：P；
（4）电极I为阴极，阴极上是HSO3－获得电子生成S2O42－，在酸性条件下还生成水，电极反应为：2HSO3－ + 2e－+ 2H+ = S2O42－+2H2O，
因此，本题正确答案是：2HSO3－ + 2e－+ 2H+ = S2O42－+2H2O。
