Question

在汽车尾气系统中安装催化转换器，可有效减少尾气中的CO、NO、NO₂和碳氢化合物等废气．在转换器的前半部，CO和氮氧化物（NO_x）在催化剂的作用下发生反应，生成CO₂和N₂；在转换器的后半部，残余的烃和尚未反应的CO在催化剂的作用下被氧化生成CO₂和H₂O．

（1）写出在催化转换器的前半部所发生反应的化学方程式（氮氧化物以NO_x表示）

2NO_x+2xCO

催化剂 .

△

N₂+2xCO₂

．
（2）若汽油（以辛烷计）进入气缸的速率为n mol?s^-1，空气（假设空气中N₂和O₂体积比为4：1）进入汽缸的速率为m mol?s^-1，则理论上催化转换器排出CO₂的速率为：

8n

mol?s^-1．
（3）假定进入催化转换器的氮氧化物的物质的量为a，CO物质的量为b，碳氢化合物（以庚烷计）物质的量为c．求：
①在催化转换器的前半部消耗CO物质的量的范围

a＜n（CO）＜2a

．
②在催化转换器的后半部消耗O₂物质的量的范围

b-2a

2

+11c＜n（O₂）＜

b-a

2

+11c

．

Answer 1

分析：（1）根据反应物、生成物和反应条件写出反应方程式；
（2）根据方程式中物质之间的关系式进行计算；
（3）①根据方程式中氮氧化物和一氧化碳的关系式采用极限法进行计算；
②根据一氧化碳、庚烷分别和氧气的关系式进行计算．

解答：解：（1）该反应中反应物是氮氧化物和一氧化碳，生成物是氮气和二氧化碳，反应条件是催化剂和加热，所以该反应方程式为：2NO_x+2xCO

催化剂 .

△

 N₂+2xCO₂，故答案为：2NO_x+2xCO

催化剂 .

△

 N₂+2xCO₂；
（2）辛烷和氧气的反应方程式为：C₈H₁₈+

27

2

O₂

催化剂 .

△

8CO₂+9H₂O，设二氧化碳的排出速率为x，
                              1                 8
                              n                x
x=8n
（3）①2NO_x+2xCO

催化剂 .

△

 N₂+2xCO₂
当x=1时，根据NO---CO得，消耗amolNO需要CO的物质的量是amol，当x=2时，根据NO₂---2CO得，消耗amol二氧化氮需要CO的物质的量是2amol，实际上1＜x＜2，所以氮氧化物消耗一氧化碳的物质的量为
a＜n（CO）＜2a，故答案为：a＜n（CO）＜2a；
②通过①知剩余的CO的物质的量为b-2a＜n（CO）＜b-a，根据2CO+O₂

催化剂 .

△

2CO₂知，需要氧气的物质的量为

b-2a

2

＜n（O₂）＜

b-a

2

，
根据C₇H₁₆+11O₂

催化剂 .

△

7CO₂+8H₂O知，需要n（O₂）=11n（C₇H₁₆）=11cmol，
所以一共需要氧气的物质的量为：

b-2a

2

+11c＜n（O₂）＜

b-a

2

+11c，
故答案为：

b-2a

2

+11c＜n（O₂）＜

b-a

2

+11c．

点评：本题考查物质的量的有关计算，能正确书写方程式是解本题关键，难度不大．