Question

【題目】氮的氧化物是嚴重的大氣污染物，可以通過以下方法處理：

Ⅰ．催化還原法：如在汽車排氣管上安裝一個催化轉化器，發生如下反應：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

（1）已知：N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180kJ/mol

化學鍵	O=O	C=O	C≡O
鍵能(kJ/mol)	497	803	1072

則反應：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=________kJ/mol。

（2）在一定溫度下，向體積為1L的密閉容器中充入2molNO、1molCO，10分鐘時反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)達到平衡狀態，反應過程中反應物濃度隨時間變化情況如圖1所示。

①該反應的平衡常數K的計算式為___________________；前10分鐘內用氮氣表示的反應速率為____________________。

②若保持溫度不變，15分鐘時再向該容器中充入1.6molNO、0.4molCO2，則此時反應的

ν正________ν逆(填“＞”、“=”或“＜”)。

③若保持其他條件不變，15min時壓縮容器的體積至0.5L，20分鐘時反應重新達到平衡，NO的濃度對應的點應是圖1中的________(填字母)。

④某科研小組研究發現以Ag-ZSM-5為催化劑，NO轉化為N2的轉化率隨溫度變化情況如圖2所示。若不使用CO，溫度超過775K，發現NO的分解率降低，其可能的原因是_________________________________________。

Ⅱ．利用電化學原理，將NO2、O2和熔融KNO3制成燃料電池，其原理如圖3，該電池在工作過程中NO2轉變成綠色硝化劑Y，Y是一種氧化物，可循環使用，石墨Ⅱ是電池的___極，石墨Ⅰ附近發生的反應電極反應式為______________________相同條件下，消耗的O2和 NO2的體積比為__________。

Answer 1

【答案】 ﹣751 0.02mol/（Lmin） = B NO的分解反應為放熱反應，升高溫度有利于反應逆向進行 正 NO2﹣e﹣+NO3﹣═N2O5 1：4

【解析】Ⅰ．（1）反應焓變=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則②2CO（g）+O2（g）2CO2（g）△H=(497+2×1072-803×4)kJ/mol=-571kJ/mol；依據蓋斯定律：②2CO（g）+O2（g）2CO2（g）△H=(497+2×1072-803×4)kJ/mol=-571kJ/mol，①N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180kJ/mol，則②-①得：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，則其焓變值△H＝-571kJ/mol-180kJ/mol=-751kJ/mol；

（2）① 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

起始濃度：mol/L 2 1 0 0

轉化濃度：mol/L 0.4 0.4 0.4 0.2

平衡濃度：mol/L 1.6 0.6 0.4 0.2

該反應平衡常數表達式K＝，10min內N2平均反應速率v（N2）＝0.2mol/L÷10min＝0.02mol/（Lmin）；

②若保持溫度不變，15min時再向該容器中充入1.6molNO、0.4molCO2，則此時c（NO）＝3.2mol/L；c（CO）＝0.6mol/L；c（CO2）＝0.8mol/L；c（N2）＝0.2mol/L；反應的濃度商為： ，說明反應達到平衡，則V正＝V逆；③若保持其條件不變，15min時壓縮容器至0.5L時反應重新達到平衡，加壓平衡逆向移動，一氧化氮濃度增加，依據可逆反應特點，利用極值可知當CO全部反應，則平衡后一氧化氮濃度為3mol/L，所以一氧化氮濃度應介于2mol/L和3mol/L之間，答案選B；④依據2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H＜0，可知反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，有利于反應逆向進行，所以NO的分解率降低；

Ⅱ．該燃料電池中負極上通入NO2，石墨Ⅰ為負極，電極反應式為NO2﹣e﹣+NO3﹣＝N2O5，正極上通入O2，石墨Ⅱ為正極，電極反應式為O2+2N2O5+4e-＝4NO3-，1mol氧氣得到4mol電子，1mol二氧化氮失去1mol電子，要使得失電子守恒：則消耗的O2和NO2的體積比為1：4。