Question

6．一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料．有机物加氢反应中镍是常用的催化剂．但H₂中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，为弄清该方法对催化剂的影响，查得资料如下：

则：（1）①不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是避免O₂与Ni反应再使其失去催化作用．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9．如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为75%，H₂的平均生成速率为0.045mol•L^-1•min^-1．
（3）为减少雾霾、降低大气中有害气体含量，研究机动车尾气中CO、NO_x及C_xH_y的排放量意义重大．机动车尾气污染物的含量与空/燃比 （空气与燃油气的体积比）的变化关系示意图如图Ⅲ所示，请解释：
①随空/燃比增大，CO和C_xH_y的含量减少的原因是空/燃比增大，燃油气燃烧更充分，故CO、CxHy含量减少．
②当空/燃比达到15后，NO_x减少的原因可能是因为反应 N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸热反应，当空/燃比大于15后，由于燃油气含量减少，燃油气燃烧放出的热量相应减少，环境温度降低，使该反应不易进行，故NO_x减少．

Answer 1

分析 （1）①Ni能与氧气反应；
②由图I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由图II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
利用盖斯定律进行计算即可；
（2）根据所给反应的平衡常数，利用三段式法计算出平衡浓度减小求算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）0.30    0.30      0        0
转化浓度（mol/L） x       x        x        x
转化浓度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
来分析求解；
（3）①燃油气燃烧更充分；
②反应 N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸热反应．

解答 解：（1）①Ni能与氧气反应，使Ni失去催化作用；
故答案为：避免O₂与Ni反应再使其失去催化作用；
②由图I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由图II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-563-（-298）=-270kJ•mol^-1，
故答案为：-270kJ/mol；
（2）设参加反应的CO的浓度为x         
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）0.30    0.30      0        0
转化浓度（mol/L） x       x        x        x
转化浓度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
K=9.0=$\frac{{x}^{2}}{（0.30-x）^{2}}$，x=0.225，
所以CO的转化率α（CO）=$\frac{0.225mol/L}{0.30mol/L}$×100%=75%，
氢气反应速率v（H₂）=$\frac{0.225mol/L}{5min}$=0.045mol/（L•min），
故答案为：75%；0.045mol/（L•min）；
（3）①空/燃比增大，空气充分，可使燃油气燃烧更充分，以减少CO、CxHy含量，减少空气污染，
故答案为：空/燃比增大，燃油气燃烧更充分，故CO、CxHy含量减少；
②反应 N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸热反应，当空/燃比大于15后，由于燃油气含量减少，燃油气燃烧放出的热量相应减少，环境温度降低，反应 N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 不易进行，则导致NO_x减少，
故答案为：因为反应 N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸热反应，当空/燃比大于15后，由于燃油气含量减少，燃油气燃烧放出的热量相应减少，环境温度降低，使该反应不易进行，故NO_x减少．

点评 本题考查较为综合，涉及催化剂、盖斯定律的应用、化学平衡常数的求算，为高考常见题型和高频考点，题目难度不大，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的应用能力．