Question

【题目】汽车尾气中含有CO、NO、NO2、碳氢化合物等多种污染物。回答下列问题：

（1）汽车燃料中不含氮元素，尾气中所含NO产生的原因是____________________。

（2）已知：2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) △H1=－10244kJ·mol－1

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H3=－746kJ·mol－1

①若H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJ·mol－1，则表示辛烷燃烧热的热化学方程式为____________________。

②部分化学键键能数据如下：

△H2=__________kJ·mol－1

（3）1573K时，N2+O22NO平衡常数为2.0×10－6，若测得内燃机内平衡混合气中氮气、氧气的物质的量分别为0.2mol、0.001mol，则生成NO的物质的量为__________mol，N2的转化率为__________。

（4）反应NO(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)的平衡常数为1.68×1060，从热力学角度看，该反应程度应该很大，实际汽车尾气中该反应的程度很小，原因是____________________，要增大汽车尾气净化装置中单位时间内该反应的程度，关键是要____________________。

（5）T<500K时，反应NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)分两步进行：

第一步：NO2(g)+NO2(g)→NO3(g)+NO(g) (慢反应)

第二步：NO3(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g) (快反应)

下列表述正确的是__________(填标号)

A.反应速率与NO浓度有关 B.反应速率与NO2浓度有关

C.反应的中间产物只有NO3 D.第二步反应活化能较高

Answer 1

【答案】高温下空气中的氮气与氧气反应产生的 C8H18 (l) +O2 (g) = 8CO2(g) + 9H2O(l) ΔH=-5518 kJ·mol-1 +196 2.0×10-5 0.005% 该反应活化能高，反应速率慢 寻找耐高温的催化剂 BC

【解析】

(1)高温条件下空气中N2与O2化合生成NO。

(2) 101kPa下，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量称为燃烧热，结合盖斯定律写出热化学方程式。利用反应热与键能的关系：反应热△H =反应物总键能-生成物总键能来计算△H2。

(3)根据反应N2+O22NO的平衡常数表达式K=计算。

(4)一个具体的化学反应应用于实际时，不仅要考虑反应进行的程度（热力学），而且要考虑反应进行得快慢即反应速率（动力学）。

(5)如果一个反应有几个基元反应构成，反应速率取决于最慢的基元反应。

(1)高温条件下空气中N2与O2化合生成NO， N2+O22NO。

(2)①给相关的热化学方程式编号[1]2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g),△H1=－10244kJ·mol－1；[2] H2O(1)=H2O(g),△H=+44kJ·mol－1。根据燃烧热的含义和盖斯定律，将[1]÷2－[2]×9得C8H18(1)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1), △H=－10244kJ·mol－1÷2－44kJ·mol－1×9=-5518 kJ·mol－1，则表示辛烷燃烧热的热化学方程式为C8H18(1)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1), △H=-5518 kJ·mol－1。②给相关热方程式编号[3]N2(g)+O2(g)=2NO(g),△H2；[4]2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g),△H3=－746kJ·mol－1。将[3]+[4]得2CO(g)+O2(g)=2CO2, △H2+△H3，根据反应热与键能的关系有：△H2+△H3=(2×1076kJ/mol+494kJ/mol)－2×2×799kJ/mol=－550kJ/mol，由此得△H2=-550kJ/mol－△H3=-550kJ/mol－(-746kJ/mol)=+196kJ/mol。

(3)设内燃机内平衡混合气体中NO的物质的量为x，且内燃机燃烧室的容积为VL，根据反应N2+O22NO平衡常数表达式得K===2.0×10－6，解得x=2.0×10－5mol即平衡混合气体中NO的物质的量为2.0×10－5mol。根据反应方程式计量关系知，生成2.0×10－5molNO时消耗N2的物质的量=×2.0×10－5mol=1.0×10－5mol，未反应N2的物质的量为0.2mol，反应前N2的物质的量=0.2mol+1.0×10－5mol≈0.2mol，该反应中N2的转化率=×100%=0.005%。

(4)一个具体的化学反应应用于实际时，不仅要考虑反应进行的程度，而且要考虑反应进行得快慢即反应速率，反应NO(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)在实际汽车尾气中进行的程度很小，原因是该反应活化能高，反应速率慢。提高反应速率最有效的措施是寻找合适的催化剂，所以要增大汽车尾气净化装置中单位时间内该反应的程度，关键是要寻找耐高温的催化剂。

(5)A. NO是生成物，所以NO的浓度与该反应速率没有直接关系，A项错误；B. 反应NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)分两步进行，主要取决于“慢反应”的步骤，所以NO2的浓度影响该反应速率，B项正确；C.由两步反应看出，反应物中和最终产物中都没有NO3，所以反应中间产物只有NO3，C项正确；D.因第二步NO3(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)是快反应，所以第二步反应的活化能很小，D项错误；答案选BC。