Question

7．雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾的源头多种多样，比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧，甚至火山喷发等．
请回答下列问题：
（1）汽车尾气中的NO（g）和CO（g）在一定温度和催化剂的条件下可净化为N₂和CO₂．
①已知部分化学键的键能如下

分子式/结构式	NO/N≡O	CO/C≡O	CO2/O≡C=O	N2/N≡N
化学键	N≡O	C≡O	C≡O	N≡N
键能（kJ/mol）	632	1072	750	946

请完成汽车尾气净化中NO（g）和CO（g）发生反应的热化学方程式2NO（g）+2CO（ g）?N₂（ g）+2CO₂（g）的△H=-538kJ/mol．
②若上述反应在恒温、恒容的密闭体系中进行，并在t₁时刻达到平衡状态，则下列图象符合题意的是D（填选项序号）．（图甲中v_正、K、n、P_总分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和总压强）
（2）在t₁℃下，向体积为10L的恒容密闭容器中通入NO和CO，测得了不同时间是NO和CO的物质的量如下表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
n（NO）/×10-2mol	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
n（NO）/×10-1mol	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

t₁℃时该反应的平衡常数K=500，既能增大反应速率又能使平衡正向移动的措施是加压．（写出一种即可）
（3）降低温度，NO₂（g）将转化为N₂O₄（g），以N₂O₄、O₂、熔断NaNO₃组成的燃料电池装置如图1所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，Y为N₂O₅，有关石墨I电极反应式看表示为N₂O₄+2NO₃^--2e^-=2N₂O₅．
（4）NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．如图2，采用NH₃作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率．反应原理为：NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g），相关说法正确的是AB．
A．上述反应的正反应为放热反应
B．催化剂①②分别适合于240℃和450℃脱氮
C．曲线①②最高点表示此时平衡转化率最高
D．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响

Answer 1

分析 （1）①化学反应的焓变等于反应物旧键断裂吸收的能量和产物中新键生成释放的能量之差，据此计算书写热化学方程式；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）依据平衡常数概念是利用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，代入平衡浓度即可计算出平衡常数；根据影响反应速率和平衡移动的因素来回答；
（3）燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成氧化物N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；
（4）A．温度升高脱氮率降低，说明平衡向逆反应方向移动；
B．根据图象判断，脱氨率最高的点对应的温度应是最适宜温度；
C．最高点为催化剂活性最高的温度；
D．增大压强平衡向逆反应方向移动．

解答 解：（1）①化学反应的焓变等于反应物旧键断裂吸收的能量和产物中新键生成释放的能量之差，所以2NO（g）+2CO（ g）?N₂（ g）+2CO₂（g）的△H=（2×632+1072×2）-（750×4+946）kJ/mol=-538kJ/mol，
故答案为：2NO（g）+2CO（ g）?N₂（ g）+2CO₂（g）的△H=-538kJ/mol；
②A、t₁时正反应速率仍然在变化，说明没有达到平衡状态，故A错误；
B、平衡常数只受温度的影响，反应在恒温、恒容的密闭体系中进行，K始终不变，故B错误；
C、t₁时二氧化碳和一氧化氮的物质的量还在变化，说明正逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，故C错误；
D、反应前后气体的系数和在变化，所以总压不变的状态达到了平衡状态，故D正确；
故选D；
（2）向体积为10L的恒容密闭容器中通入NO和CO，NO和CO反应生成CO₂和N₂，反应方程式为：
                2NO+2CO?2CO₂ +N₂
起始浓度：1×l0^-2 3.6×l0^-2  0    0
转化浓度：0.9×l0^-2 0.9×l0^-2 0.9×l0^-2 0.45×l0^-2
平衡浓度：0.1×l0^-2 2.7×l0^-2 0.9×l0^-2 0.45×l0^-2
反应的平衡常数K=$\frac{（0.45×10{\;}^{-2}）（0.9×10{\;}^{-2}）{\;}^{2}}{（0.1×10{\;}^{-2}）{\;}^{2}（2.7×10{\;}^{-2}）{\;}^{2}}$=500，加压既能增大反应速率又能使平衡正向移动，
故答案为：500；加压；
（3）以N₂O₄、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，N₂O₄在负极失电子发生氧化反应，元素化合价升高为+5价，氧化物为N₂O₅，反应的电极反应为：N₂O₄+2NO₃^--2e^-=2 N₂O₅，
故答案为：N₂O₅，N₂O₄+2NO₃^--2e^-=2 N₂O₅；
（4）A．脱氮率达到最高点之后继续升高温度，脱氨率降低，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，故A正确；
B．两种催化剂分别在240℃和450℃左右催化效率最高，说明此时催化剂的活性最大，故B正确；
C．图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较，最高点为催化剂活性最大的状态，与平衡转化率无关，故C错误；
D．反应为体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，故D错误；
故选：AB．

点评 本题考查了热化学方程式的书写、燃料电池原理、化学平衡状态的判断、平衡常数的计算以及化学反应速率与化学平衡移动问题等知识，题目难度中等．