Question

【题目】“绿水青山就是金山银山”，研究NO2、NO、CO、NO2-、碳氢化合物大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。

（1）已知:汽车尾气中的CO、NOx、碳氮化合物是大气污染物。使用稀土等催化剂能将CO、NO转化成无毒物质。

已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol K1(该反应的平衡常数)

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221kJ/mol K2(同上)

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5kJ/mol K3(同上)

写出NO(g)与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式_________，以及该热化学方程式的平衡常数K=________(用K1、K2、K3表示)

（2）污染性气体NO2与CO在一定条件下的反应为:2NO2+4CO4CO2+N2 △H=-1200kJ/mol。

①某温度下，在2L密闭容器中充入0.lmolNO和02m1CO，此时容器的压强为1个大气压，5秒时反应达到平衡时，容器的压强变为原来的29/30，则反应开始到平衡时NO2的平均反应速率v(NO2)=_________mol/(L·s)。

②若此温度下，某时刻测得NO2、CO、CO2、N2的浓度分别为1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、amol/L，要使反应向逆反应方向进行，a的取值范围_________。

③能使该反应的反应速率增大，且平衡向逆反应方向移动的是_______。

A.及时分离出CO2 B.适当升高温度

C.减小容器体积使体系压强增大 D.选择高效催化剂

（3）电化学降解NO2-的原理如下图:

①电源的正极是___(填A或B)，阴极反应式为___________。

②若电解过程中转移了3mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差为______g。

Answer 1

【答案】 2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1 K=(K32·K1)/K2 0.002 a>25/8（或a>3.125） B A 16

【解析】（1）NO(g) 与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的反应可以由③×2-①-②得到，△H=△H3×2-△H1-△H2=-393.5-180.5-（-221）=-746.5因此热化学方程式为：2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1。此反应的K值也做相应的变换K=K32/K2 .K1

（2）①设达到平衡时CO的浓度改变x，则：

2NO2 + 4CO 4CO2 + N2

起始(mol）： 0.1 0.2 0 0

改变(mol）： x 2x 2x 1/2x

平衡(mol）： 0.1-x 0.2-2x 2x 1/2x

故=，解得x=0.02，v(NO2)= 0.02/5×2=0.002mol/(L·s)

此温度下，某时刻测得NO2、CO、CO2、 N2的浓度分别为1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、a mol/L，要使反应向逆反应方向进行则=a×0.14/0.44×12＜0.024×0.005/0.042/0.084,解得a>25/8③A.及时分离出CO2 可使平衡向正向移动，反应速率不会增大，A错误。B.适当升高温度，可增大反应速率，此反应是吸热反应，升温逆向移动，B正确。C.减小容器体积使体系压强增大，平衡向气体物质的量减小的方向移动，即正向移动。C错误。D.选择高效催化剂，只改变反应速率，对平衡没有影响，D错误，本题正确选项为B。（3）①根据电化学降解NO2-的原理图可知，Ag/Pt电极上NO2-转化为N2，氮元素化合价从+3价降为0价，被还原，发生还原反应，作为阴极，则电源B为负极，A为正极。阴极反应式为2NO2-+6e-+4H2O=N2↑+8OH-或2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O②根据图示装置，阳极反应为2H2O-4e－=O2↑+4H＋，转移3mol电子时，阳极消耗1.5mol水，产生3molH+进入阴极室，阳极室质量减少27g；阴极反应为2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O，阴极室中放出0.5molN2（14g），同时有3molH+（6g）进入阴极室，因此阴极室质量减少11g，膜两侧电解液的质量变化差（△m左-△m右）＝27g-11g＝16g。