Question

8．汽车尾气排放的NO和CO都是有毒的气体，科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成无毒的CO₂和N₂，减少污染．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.0kJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
2C（s）+2O₂（g）=2CO₂（g）△H=-787.0kJ/mol
则尾气转化反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ/mol．
（2）对于反应2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表

时间/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/×10-4mol/L	3.00	2.25	1.75	1.36	1.00	1.00
c（CO）/×10-4mol/L	4.00	3.25	2.75	2.36	2.00	2.00

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 υ（CO₂）=6.25×10^-5mol/（L•s）．
②在该温度下，反应的平衡常数K=10000．
（3）假设在恒容密闭容器中发生上述反应，下列有关说法正确的是C．
A．选用更有效的催化剂能提高尾气的转化率
B．升高反应体系的温度能提高反应速率，提高尾气的转化率
C．相同温度下，若NO和CO的起始浓度分别为1.50×10^-4mol/L和2.00×10^-4mol/L，平衡时N₂的体积分数比原平衡体系中N₂的体积分数低
D．单位时间内消耗NO的物质的量等于生成CO₂的物质的量时即达平衡状态
（4）用尾气NO₂为原料可制新型硝化剂N₂O₅，原理：先将NO₂转化为N₂O₄，再采用电解法制备N₂O₅，装置如图所示则电源b极是负极（填“正”“负”），生成N₂O₅电极反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，电解一段时间后硝酸溶液的pH不变（填“增大”“减小”“不变”）．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学化学方程式；
（2）①根据化学反应速率的定义及2s内浓度的变化量来计算解答；
②化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值；
（3）A．催化剂不能改变平衡状态；
B．升高反应体系的温度平衡向吸热的方向移动；
C．相同温度下，若NO和CO的起始浓度分别为1.50×10^-4mol/L和2.00×10^-4mol/L，依据等效平衡比较平衡时N₂的体积分数比原平衡体系中N₂的体积分数；
D．消耗NO的物质的量等于生成CO₂的物质的量，都表示反应正方向，任何反应过程中都满足；
（4）由N₂O₄制取N₂O₅需要是去电子，所以N₂O₅在阳极区生成．阴极反应式为2H⁺+2e^-=H₂，所以工作一段时间后，硝酸水溶液的氢离子基本不变即pH不变．

解答 解：已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0KJ/mol
③2C（s）+2O₂（g）=2CO₂（g）△H=-787.0kJ/mol
依据盖斯定律③-②-①得到，反应的热化学方程式为：2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H=（-787KJ/mol）-（-221.0KJ/mol）-（+180kJ/mol）=-746kJ/mol；
故答案为：-746kJ/mol；
（2）①由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为3.00×10^-4-1.75×10^-4=1.25×10^-4mol/L，2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），则前2s内CO₂浓度的变化量为1.25×10^-4mol/L，化学反应速率V（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.25×1{0}^{-4}mol/L}{2s}$=6.25×10^-5 mol/（L•S），
故答案为：6.25×10^-5；
②分析图表数据，依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度：
                           2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L） 3×10^-4 4×10^-4  0            0
变化量（mol/L） 2×10^-4 2×10^-4  1×10^-4      2×10^-4
平衡量（mol/L） 1×10^-4     2×10^-41×10^-4 2×10^-4
该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（1×1{0}^{-4}）×（2×1{0}^{-4}）^{2}}{（2×1{0}^{-4}）^{2}×（1×1{0}^{-4}）^{2}}$=10000，
故答案为：10000；
（3）A．选用更有效的催化剂，只能改变反应速率，不能改变平衡，故A错误；
B．反应时放热反应，升高反应体系的温度，平衡逆向进行，一氧化氮转化率减小，故B错误；
C．相同温度下，若NO和CO的起始浓度分别为1.50×10^-4mol/L和2.00×10^-4mol/L，相当于原体系反应物浓度的一半，等效于原反应体积扩大一倍，平衡逆向移动，平衡时N₂的体积分数比原平衡体系中N₂的体积分数低，故C正确；
D．单位时间内消耗NO的物质的量为V正，生成CO₂的物质的量也表示V正，任何反应过程中都满足，故D错误；
故选C；
（4）N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．阴极反应式为2H⁺+2e^-=H₂，所以工作一段时间后，硝酸水溶液的氢离子基本不变即pH不变；
故答案为：负，N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，不变．

点评 本题考查了反应热的计算、化学平衡的影响因素分析应用、平衡常数计算等知识，掌握化学平衡移动原理是解题关键，题目难度中等．