Question

【题目】汽车尾气（主要成分为NOx和CO）已成为主要的空气污染物来源之一，有发生光化学烟雾污染的潜在危险。

（1）某小组同学为研究光化学烟雾的形成进行了模拟实验。测得烟雾的主要成分为CxHy(烃)、NO、NO2、O3、PAN （CH3COOONO2），各种物质的相对浓度随时间的变化如右图。根据图中数据，下列推论最不合理的是_____。（填选项序号字母）

a．NO的消失的速率比CxHy快 b．NO生成NO2

c．CxHy及NO2可以生成PAN及O3 d．O3生成PAN

（2）一定条件下，将2 mol NO与2 mol O2置于恒容密闭容器中发生反应2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)，下列可判断反应达平衡的是_____。（填选项序号字母）

a．体系压强保持不变 b．混合气体密度保持不变

c．NO和O2的物质的量之比保持不变 d．每消耗2 mol NO同时生成2 mol NO2

（3）高温下N2和O2发生N2(g)＋O2(g)2NO(g)反应，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。

①右图是T1、T2两种不同温度下，一定量的NO发生分解过程中N2的体积分数随时间变化的图像，据此判断反应N2(g)＋O2(g) 2NO(g)为_____（填“吸热”或“放热”）反应。

②2000℃时，向容积为2 L的密闭容器中充入10 mol N2与5 mol O2，达到平衡后NO的物质的量为2 mol，则此刻反应的平衡常数K＝_____。该温度下，若开始时向上述容器中充入N2与O2均为1 mol，则达到平衡后N2的转化率为_____。

③汽车净化装置里装有含Pd化合物的催化剂，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如右图所示。写出其变化的总化学反应方程式：_____。

（4）为减少汽车尾气中NOx的排放，常采用CxHy（烃）催化还原NOx消除氮氧化物的污染。

例如：CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ/mol

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2

若16 g CH4还原NO2至N2，共放出热量867 kJ，则ΔH2＝_____。若用标准状况下4.48 L CH4还原NO2至N2，共转移的电子总数为_____（阿伏加德罗常数的值用NA表示）。

Answer 1

【答案】 d ac 吸热 1/9或0.11 1/7或14.3% 2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 －1160 kJ·mol-1 1.6 NA

【解析】试题分析：本题主要考查图像的分析，化学平衡的标志，化学平衡的计算，反应热的计算，氧化还原反应中转移电子数的计算。

（1）a，根据图示，在一段时间内，NO消失的速率比CxHy快，a项合理；b，由图示，开始NO减少的同时NO2增多，NO生成NO2，b项合理；c，由图示，CxHy、NO2减少的同时PAN、O3增多，结合原子守恒，CxHy及NO2可生成PAN和O3，c项合理；d，O3浓度始终增大，O3不会生成PAN，d项不合理；答案选d。

（2）a，该反应的正反应为气体分子数减小的反应，建立平衡过程中气体分子物质的量减小，在恒温恒容容器中，体系压强减小，平衡时气体分子物质的量不变，体系压强不变，体系压强不变能判断反应达到平衡；b，该反应中所有物质都是气体，根据质量守恒定律，混合气体的质量始终不变，容器的体积不变，混合气体的密度始终不变，混合气体密度保持不变不能说明反应达到平衡；c，起始NO和O2物质的量相等，建立平衡过程中转化的NO和O2物质的量之比为2:1，建立平衡过程中NO和O2物质的量之比减小，平衡时NO和O2物质的量之比不再变化，NO和O2物质的量之比保持不变说明反应达到平衡；d，每消耗2molNO同时生成2molNO2只表示正反应，不能说明反应达到平衡；能说明反应达到平衡的是ac，答案选ac。

（3）①由图像可见T2先出现拐点，说明T2反应速率快，则T2T1；T2平衡时N2的体积分数小于T1时，说明升高温度，反应2NO（g）N2（g）+O2（g）逆向移动，反应2NO（g）N2（g）+O2（g）的逆反应为吸热反应，即N2（g）+O2（g）2NO（g）为吸热反应。

②用三段式

N2（g）+O2（g）2NO（g）

n（起始）（mol） 10 5 0

n（转化）（mol） 1 1 2

n（平衡）（mol） 9 4 2

平衡时N2、O2、NO物质的量浓度依次为4.5mol/L、2mol/L、1mol/L，反应的平衡常数K====0.11。若开始向容器中充入N2与O2均为1mol，设从开始到平衡时转化N2物质的量为x，用三段式

N2（g）+O2（g）2NO（g）

n（起始）（mol） 1 1 0

n（转化）（mol） x x 2x

n（平衡）（mol） 1-x 1-x 2x

平衡时N2、O2、NO物质的量浓度依次为（1-x）/2mol/L、（1-x）/2mol/L、xmol/L，K===，解得x=mol，达到平衡后N2的转化率为==0.143。

③根据图示，发生的反应为2NO+O2=2NO2（①式），NO2与CO在催化剂作用下生成CO2和N2，反应为2NO2+4CON2+4CO2（②式），将①式+②式，得总化学反应方程式为：4CO+2NO+O2 N2+4CO2。

（4）16gCH4还原NO2至N2共放出热量867kJ，即1mol CH4还原NO2至N2共放出热量867kJ，据此可写出热化学方程式：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）ΔH=-867kJ/mol（①式），CH4（g）＋4NO2（g）=4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH1=-574 kJ/mol（②式），将①式2-②式得CH4（g）＋4NO（g）=2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH2=2ΔH-ΔH1=2（-867kJ/mol）-（-574kJ/mol）=-1160kJ/mol。n（CH4）==0.2mol，在反应中CH4被氧化成CO2，则反应中转移电子物质的量为0.2mol8=1.6mol，转移电子总数为1.6NA。