Question

【題目】汽車尾氣中含有CO、NO、NO2、碳氫化合物等多種污染物。回答下列問題：

(1)汽車燃料中不含氮元素，尾氣中所含NO產生的原因是__。

(2)已知：2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) △H1=-10244kJ·mol-1

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H3=-746kJ·mol-1

①若H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJ·mol-1，則表示辛烷燃燒熱的熱化學方程式為__。

②部分化學鍵鍵能數據如下：

△H2=___kJ·mol-1

(3)1573K時，N2+O22NO平衡常數為2.0×10-6，若測得內燃機內平衡混合氣中氮氣、氧氣的物質的量分別為0.2mol、0.001mol，則生成NO的物質的量為__mol，N2的轉化率為__。

(4)反應NO(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)的平衡常數為1.68×1060，從熱力學角度看，該反應程度應該很大，實際汽車尾氣中該反應的程度很小，原因是__，要增大汽車尾氣凈化裝置中單位時間內該反應的程度，關鍵是要___。

Answer 1

【答案】高溫下空氣中的氮氣與氧氣反應產生的 C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1 +196 2.0×10-5 0.005% 該反應活化能高，反應速率慢 尋找耐高溫的催化劑

【解析】

此題借助汽車尾氣轉化過程，綜合考查化學反應原理，考點涉及利用蓋斯定律計算和書寫熱化學方程式，化學反應速率的影響因素，化學平衡及平衡常數的計算，考查學生的計算能力和分析能力。

(1)汽車燃料中不含氮元素，尾氣中含NO，則N可能來源于空氣，空氣中的氮氣與氧氣在高溫條件下發生反應得到NO；

(2)①已知I：2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) △H1=-10244kJ·mol-1

II：H2O(1)=H2O(g) △H4=+44kJ·mol-1

根據蓋斯定律，將I÷2-II ×9得，C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)， ΔH=△H1÷2-△H4×9=(-10244÷2-44×9) kJ·mol-1=-5518kJ·mol-1，即辛烷燃燒熱的熱化學方程式為C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1；

②根據表格所給數據以及已知方程，將N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H3=-746kJ·mol-1

將兩熱化學方程式相加，得到新的熱化學方程式為2CO(g) +O2(g) = 2CO2(g) ΔH=△H2+△H3=(2×1076+494-4×799) kJ·mol-1=-550 kJ·mol-1，△H2=ΔH-△H3=[-550-(-746)] kJ·mol-1=+196 kJ·mol-1；

(3)設內燃機體積為V，則K=c2(NO)÷[c(N2)c(O2)]= n2(NO)÷[n(N2)n(O2)]= 2.0×10-6，代入數據算出n(NO)= 2.0×10-5 mol，則轉化的N2的物質的量為1.0×10-5 mol，N2的轉化率=1.0×10-5 mol÷(1.0×10-5 mol+0.2mol)×100%=0.005%；

(4)平衡常數很大，反應程度應該很大，實際汽車尾氣中該反應的程度很小，可能是因為該反應活化能高，反應速率慢，要增大汽車尾氣凈化裝置中單位時間內該反應的程度，即增加凈化速率，需要降低活化能，需要尋找耐高溫的催化劑。