Question

12．2015年9月爆发的德国大众车尾气排放作弊事件引起了公众的关注．大众车尾气中常含有大里氮氧化物．通常会采用喷射尿素溶液的方法，将有毒的氮氧化物还原成无污染的物质．大众选择了一种违规做法，即在客户平时用车时不开启喷射尿素的尾气后处理系统，而是通过软件让这一系统只在尾气排放检测时启动．

Ⅰ、通过NOx传感器可监测空气的NOx的含量，其工作原理图如图，写出NiO电极的电极反应式NO+O^2--2e^-=NO₂；
Ⅱ、以CO₂与NH₃为原料可合成尿素[化学式为CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ•mol-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ•mol-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol-1
（1）写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）++H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol；
（2）恒温下将2molNH₃和1molCO₂放入容积为2L的密闭容器中，反应生成NH₂CO₂NH₄（s），2分钟后达到平衡．此时NH₃的浓度为0.8mol/L，则CO₂的反应速率为0.05mol/（L•min），NH₃的转化率是20%．
Ⅲ、尿素在一定温度下可分解生成NH₃，NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．已知：
反应a：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）
反应b：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）
反应c：4NH₃（g）+6NO₂（g）═5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）
（1）相同条件下，反应a在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产物N₂的量随时间变化如图2所示．下列说法正确的是CD．
A．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数
C．单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
（2）对于反应c来说，可加快反应速率的措施有增加NH₃或NO₂或N₂或O₂的浓度、升高温度、增大压强等（任写2种）
（3）恒温恒容条件下，反应b达到平衡时体系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2，在其他条件不变时，再充入NO₂气体，NO₂体积分数变大（填“变大”、“变小”或“不变”）．

Answer 1

分析 I、NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮；
Ⅱ、（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式；
（2）0-2min时间内该化学反应速率v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
III、（1）A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低；
B．改变压强，活化分子百分数不变；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，正逆速率相同则反应已经达到平衡；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小；
（2）根据外界条件对速率的影响分析；
（3）恒温恒容条件下，反应b达到平衡时体系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2，再充入NO₂气体，NO₂体积分数变大．

解答 解：I、NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，NiO为负极，所以电极反应式为：NO+O^2--2e^-=NO₂，
故答案为：NO+O^2--2e^-=NO₂；
Ⅱ、（1）：①2NH₃（g）+CO₂（g）→NH₂CO₂ NH₄（s）+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）→CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）→H₂O（g）-44.0kJ•mol^-1
依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（2）2NH₃+CO₂?NH₂CO₂NH₄，
起始量（mol/L）  1          0.5            0
变化量（mol/L）0.2         0.1            0.1
平衡量（mol/L） 0.8         0.4           0.1
CO₂的反应速率v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2min}$=0.05mol/（L•min）
NH₃的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.1mol}{0.5mol}$×100%=20%，
故答案为：0.05mol/（L•min）；20%；
III、（1）A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低，所以该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A错误；
B．增大压强能使反应速率加快，是因为增大了活化分子数，而活化分子百分数不变，故B错误；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，则消耗的NH₃和消耗的水的物质的量之比为4：6，则正逆速率之比等于4：6，说明反应已经达到平衡，故C正确；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小，当K值不变时，说明反应已经达到平衡，故D正确；
故答案为：CD；
（2）化学反应温度高，增加NH₃或NO₂或N₂或O₂的浓度；增大压强等；反应速率快，
故答案为：增加NH₃或NO₂或N₂或O₂的浓度、升高温度、增大压强等；
（3）恒温恒容条件下，反应b达到平衡时体系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2，再充入NO₂气体，虽然平衡逆向移动，但NO₂体积分数还是变大，
故答案为：变大．

点评 本题考查化学平衡影响因素、平衡常数影响因素、反应速率计算、平衡状态的判断、反应热计算、题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．