Question

【題目】汽車尾氣（主要成分為NOx和CO）已成為主要的空氣污染物來源之一，有發生光化學煙霧污染的潛在危險。

（1）某小組同學為研究光化學煙霧的形成進行了模擬實驗。測得煙霧的主要成分為CxHy(烴)、NO、NO2、O3、PAN （CH3COOONO2），各種物質的相對濃度隨時間的變化如右圖。根據圖中數據，下列推論最不合理的是_____。（填選項序號字母）

a．NO的消失的速率比CxHy快 b．NO生成NO2

c．CxHy及NO2可以生成PAN及O3 d．O3生成PAN

（2）一定條件下，將2 mol NO與2 mol O2置于恒容密閉容器中發生反應2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)，下列可判斷反應達平衡的是_____。（填選項序號字母）

a．體系壓強保持不變 b．混合氣體密度保持不變

c．NO和O2的物質的量之比保持不變 d．每消耗2 mol NO同時生成2 mol NO2

（3）高溫下N2和O2發生N2(g)＋O2(g)2NO(g)反應，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。

①右圖是T1、T2兩種不同溫度下，一定量的NO發生分解過程中N2的體積分數隨時間變化的圖像，據此判斷反應N2(g)＋O2(g) 2NO(g)為_____（填“吸熱”或“放熱”）反應。

②2000℃時，向容積為2 L的密閉容器中充入10 mol N2與5 mol O2，達到平衡后NO的物質的量為2 mol，則此刻反應的平衡常數K＝_____。該溫度下，若開始時向上述容器中充入N2與O2均為1 mol，則達到平衡后N2的轉化率為_____。

③汽車凈化裝置里裝有含Pd化合物的催化劑，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的機理如右圖所示。寫出其變化的總化學反應方程式：_____。

（4）為減少汽車尾氣中NOx的排放，常采用CxHy（烴）催化還原NOx消除氮氧化物的污染。

例如：CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ/mol

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2

若16 g CH4還原NO2至N2，共放出熱量867 kJ，則ΔH2＝_____。若用標準狀況下4.48 L CH4還原NO2至N2，共轉移的電子總數為_____（阿伏加德羅常數的值用NA表示）。

Answer 1

【答案】 d ac 吸熱 1/9或0.11 1/7或14.3% 2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 －1160 kJ·mol-1 1.6 NA

【解析】試題分析：本題主要考查圖像的分析，化學平衡的標志，化學平衡的計算，反應熱的計算，氧化還原反應中轉移電子數的計算。

（1）a，根據圖示，在一段時間內，NO消失的速率比CxHy快，a項合理；b，由圖示，開始NO減少的同時NO2增多，NO生成NO2，b項合理；c，由圖示，CxHy、NO2減少的同時PAN、O3增多，結合原子守恒，CxHy及NO2可生成PAN和O3，c項合理；d，O3濃度始終增大，O3不會生成PAN，d項不合理；答案選d。

（2）a，該反應的正反應為氣體分子數減小的反應，建立平衡過程中氣體分子物質的量減小，在恒溫恒容容器中，體系壓強減小，平衡時氣體分子物質的量不變，體系壓強不變，體系壓強不變能判斷反應達到平衡；b，該反應中所有物質都是氣體，根據質量守恒定律，混合氣體的質量始終不變，容器的體積不變，混合氣體的密度始終不變，混合氣體密度保持不變不能說明反應達到平衡；c，起始NO和O2物質的量相等，建立平衡過程中轉化的NO和O2物質的量之比為2:1，建立平衡過程中NO和O2物質的量之比減小，平衡時NO和O2物質的量之比不再變化，NO和O2物質的量之比保持不變說明反應達到平衡；d，每消耗2molNO同時生成2molNO2只表示正反應，不能說明反應達到平衡；能說明反應達到平衡的是ac，答案選ac。

（3）①由圖像可見T2先出現拐點，說明T2反應速率快，則T2T1；T2平衡時N2的體積分數小于T1時，說明升高溫度，反應2NO（g）N2（g）+O2（g）逆向移動，反應2NO（g）N2（g）+O2（g）的逆反應為吸熱反應，即N2（g）+O2（g）2NO（g）為吸熱反應。

②用三段式

N2（g）+O2（g）2NO（g）

n（起始）（mol） 10 5 0

n（轉化）（mol） 1 1 2

n（平衡）（mol） 9 4 2

平衡時N2、O2、NO物質的量濃度依次為4.5mol/L、2mol/L、1mol/L，反應的平衡常數K====0.11。若開始向容器中充入N2與O2均為1mol，設從開始到平衡時轉化N2物質的量為x，用三段式

N2（g）+O2（g）2NO（g）

n（起始）（mol） 1 1 0

n（轉化）（mol） x x 2x

n（平衡）（mol） 1-x 1-x 2x

平衡時N2、O2、NO物質的量濃度依次為（1-x）/2mol/L、（1-x）/2mol/L、xmol/L，K===，解得x=mol，達到平衡后N2的轉化率為==0.143。

③根據圖示，發生的反應為2NO+O2=2NO2（①式），NO2與CO在催化劑作用下生成CO2和N2，反應為2NO2+4CON2+4CO2（②式），將①式+②式，得總化學反應方程式為：4CO+2NO+O2 N2+4CO2。

（4）16gCH4還原NO2至N2共放出熱量867kJ，即1mol CH4還原NO2至N2共放出熱量867kJ，據此可寫出熱化學方程式：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）ΔH=-867kJ/mol（①式），CH4（g）＋4NO2（g）=4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH1=-574 kJ/mol（②式），將①式2-②式得CH4（g）＋4NO（g）=2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH2=2ΔH-ΔH1=2（-867kJ/mol）-（-574kJ/mol）=-1160kJ/mol。n（CH4）==0.2mol，在反應中CH4被氧化成CO2，則反應中轉移電子物質的量為0.2mol8=1.6mol，轉移電子總數為1.6NA。