Question

【題目】汽車尾氣排放的一氧化碳、氮氧化物等氣體已成為大氣污染的主要來源．德國大眾汽車尾氣檢測造假事件引起全世界震驚．根據下列示意圖回答有關問題：

（1）汽車發動機工作時會引發N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180kJmol﹣1 ， 其能量變化示意圖如下：

則NO中氮氧鍵的鍵能為kJmol﹣1；
（2）空燃比過小易產生CO．有人提出可以設計反應2CO（g）=2C（s）+O2（g）來消除CO的污染．判斷該設想是否可行，并說出理由；
（3）利用活性炭涂層排氣管處理NOx的反應為：xC（s）+2NOx（g）N2（g）+xCO2 （g）△H=﹣b kJmol﹣1 ． 若使NOx更加有效的轉化為無毒尾氣排放，以下措施理論上可行的是；
A.增加排氣管長度
B.增大尾氣排放口
C.升高排氣管溫度
D.添加合適的催化劑
（4）催化裝置中涉及的反應之一為：2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）．

①探究上述反應中NO的平衡轉化率與壓強、溫度的關系，得到圖2所示的曲線．催化裝置比較適合的溫度和壓強是；
②測試某型號汽車在冷啟動（冷啟動指發動機水溫低的情況下啟動）時催化裝置內CO和NO百分含量隨時間變化曲線如圖3所示．則前10s 內，CO和NO百分含量沒明顯變化的原因是；
③研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率．為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，某同學設計了以下三組實驗：

實驗編號	T（K）	NO初始濃度 （molL﹣1）	CO初始濃度 （molL﹣1）	催化劑的比表面積（m2/g）
Ⅰ	400	1.00×10﹣3	3.60×10﹣3	82
Ⅱ	400	1.00×10﹣3	3.60×10﹣3	124
Ⅲ	450	1.00×10﹣3	3.60×10﹣3	124

根據坐標圖4，計算400K時該反應的平衡常數為 ．

Answer 1

【答案】
（1）632
（2）不合理，該反應焓增、熵減，任何條件下都不能自發進行或該反應△H＞0，△S＜0 則△G＞0
（3）AD
（4）400K，1MPa；尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）；5000L?mol﹣1
【解析】解：（1）設NO中氮氧鍵的鍵能為x，
△H=反應物的鍵能總和﹣生成物的鍵能總和=（946+498）kJmol﹣1﹣2×x=180kJmol﹣1 ， 解得x=632 kJmol﹣1 ，
所以答案是：632；
（2.）2CO（g）=2C（s）+O2（g）（△H＞0、△S＜0）是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發進行，所以無法消除CO的污染，
所以答案是：不合理，該反應焓增、熵減，任何條件下都不能自發進行或該反應△H＞0，△S＜0則△G＞0；
（3.）xC（s）+2NOx（g）N2（g）+xCO2 （g）△H=﹣b kJmol﹣1 ． 此反應為放熱反應，
A．增加排氣管長度，增大了相當于增大了固體的接觸面積，加快了化學反應速率，故A正確；
B．增大尾氣排放口，對反應速率和平衡不產生影響，故B錯誤；
C．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NOx轉化，故C錯誤；
D．添加合適的催化劑，加快化學反應速率，故D正確；
所以答案是：AD；
（4.）①由圖2可知，等壓條件下，溫度越低，NO的轉化率越高，因此溫度選400K，同溫下，NO的轉化率隨著溫度的升高變化不大，所以選用較為經濟的1MPa，
所以答案是：400K，1MPa：
②汽車冷啟動時的尾氣催化處理CO、NO百分含量隨時間變化曲線變化分析，開始的氣體含量變化不大，說明溫度低，催化劑的作用未起作用；證明反應未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）；
所以答案是：尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應的溫度）；
③設400K達到平衡狀態時，則

	2NO（g）	+	2CO（g）		N2（g）	+	2CO2（g）
初始濃度（10﹣3molL﹣1）：	1		3.60		0		0
轉化濃度（10﹣3molL﹣1）：	0.9		0.9		0.45		0.9
平衡濃度（10﹣3molL﹣1）：	0.1		2.7		0.45		0.9

K= =5000Lmol﹣1 ，
所以答案是：5000Lmol﹣1 ．
【考點精析】根據題目的已知條件，利用反應熱和焓變和化學平衡狀態本質及特征的相關知識可以得到問題的答案，需要掌握在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）．