Question

13．汽车尾气中的CO、NO_X是大气的主要污染物，人们尝试使用稀土制成的催化剂将CO、NOx、碳氢化合物转化成无毒物质，从而减少汽车尾气污染．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
试写出NO与CO催化转化成N₂和CO₂的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1
（2）某研究性学习小组在技术人员的指导下，在某温度时，按下列流程探究某种催化剂对上述转化反应的作用，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下：
汽车尾气→尾气分析仪→催化反应器→尾气分析仪

时间/S	0	1	2	3	4	5
C（NO）（×10-4mol•L-1）	10.0	4.05	2.50	1.50	1.00	1.00
C（CO） （×10-3mol•L-1）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
①前2s内的平均反应速率v （N₂）=1.875×10^-4mol/L．s．
②在该温度下，反应的平衡常数K=5000．（只写出计算结果）
（3）在容积相同的两个密闭容器内（装有等量的某种催化剂），分别充入同量的NO_x及C₃H₆，在不同温度下，同时分别发生以下反应：
18NO（g）+2C₃H₆（g）?9N₂（g）+6CO₂（g）+6H₂O（g）；
18NO₂（g）+4C₃H₆（g）?9N₂（g）+12CO₂（g）+12H₂O（g）；
并分别测定各温度下经相同时间时的NO_x转化率，绘得图象如图1所示：

①分析图中信息可以得出的结论是
结论一：由NO_X转化率数据可判断，相同温度下NO的转化率比NO₂低（填“高”或“低”）
结论二：在250°C～450°C时，NO_x转化率随温度升高而增大，450°C～600°时NO_x转化率随温度升高而减小或两反应为放热反应
②在上述NO₂和C₃H₆的反应中，能提高NO₂转化率的措施有BC．（填序号）
A．加入催化剂 B．降低温度     C．分离出H₂O（g） D．增大压强
（4）CO分析仪以燃料电池为工作原理，其装置如图2所示．该电池中电解质为氧化钇-氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动．工作时多孔电极a的电极反应方程式为CO+O^2--2e^-=CO₂．
．

Answer 1

分析 （1）根据方程式的加减得出NO与CO催化转化成N₂和CO₂的化学方程式，焓变相应的加减，从而得出其热化学反应方程式；
（2）利用三段式可计算出平衡时各物质的浓度，再结合v=$\frac{△c}{△t}$计算速率，根据平衡常数的定义计算平衡常数；
（3）①根据图象分析，NO转化效率比NO₂ 的低；在250°C-450°C时，NOx转化率随温度升高而增大，450°C-600°C时NOx转化率随温度升高而减小；
②根据外界条件对化学平衡的影响分析，温度越高（450度），二氧化氮的转化率越小，所以该反应是放热反应，且该反应是气体体积增大的反应；
（4）本质是CO与氧气反应生成CO₂，CO在a极发生氧化反应，故a为负极．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案为：2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
（2）①根据表中的有关数据，在4s时反应达到平衡，利用三段式，
                         2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
起始（×10^-4mol•L^-1）     10.0      3.60      0        0
3s转化（×10^-4mol•L^-1）   8.5       8.5      4.25
3s时（×10^-4mol•L^-1）     1.5       2.75
平衡转化（×10^-4mol•L^-1） 9.00      9.00     4.50      9.00
平衡（×10^-4mol•L^-1）     1.00      2.70     4.50      9.00
前2s内的平均反应速率为V（N₂）=0.5v（NO）=0.5×$\frac{7.5×1{0}^{-4}}{2}$=1.875×10^-4mol/（L．s）； T₁℃时该反应的平衡常数K=$\frac{9.0{0}^{2}×4.50}{2.7{0}^{2}×1.0{0}^{2}}$×10⁴=5000，
故答案为：1.875×10^-4mol/（L．s）；5000；
（3）①通过图象知，NO转化效率比NO₂ 的低；在250°C-450°C时，NOx转化率随温度升高而增大，450°C-600°C时NOx转化率随温度升高而减小；
故答案为：低；在250°C-450°C时，NOx转化率随温度升高而增大，450°C-600°C时NOx转化率随温度升高而减小；
②根据图象知，温度越高（450度），二氧化氮的转化率越小，所以该反应是放热反应，且该反应是气体体积增大的反应；
A、催化剂只改变反应到达平衡的时间，不改变化学平衡状态，故A错误；
B、该反应是放热反应，所以降低温度，平衡向正反应方向移动，增大二氧化氮的转化率，故B正确；
C、分离出H₂O（g），减少生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，增大二氧化氮的转化率，故C正确；
D、该反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，二氧化氮的转化率降低，故D错误；
故答案为：BC；            
（4）本质是CO与氧气反应生成CO₂，CO在a极发生氧化反应，故a为负极，b为正极，阴离子向负极移动，O^2-由电极b流向电极a，负极电极反应式为：CO-2e^-+O^2-═CO₂，故答案为：CO-2e^-+O^2-═CO₂．

点评 本题主要考查反应速率的计算、转化率的计算、影响化学反应速率、化学平衡的因素、盖斯定律、原电池、电解池等知识，难度中等，答题时注意盖斯定律的应用时，方程式加减，焓变也应相应的加减，注意化学原理的基础知识的灵活运用．