Question

【題目】以NOx 為主要成分的霧霾的綜合治理是當前重要的研究課題。

I.汽車尾氣中的 NO(g)和 CO(g)在一定條件下可發生反應生成無毒的N2 和 CO2：

（1）已知:①N2(g)+O2(g)2NO(g) △H1= +180.5 kJ·mol-1 ②CO 的燃燒熱△H2 = - 283.0 kJ·mol-l，則反應③ 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H3 =_______。

（2）某研究小組在三個容積為 5 L 的恒容密閉容器中，分別充入 0.4mol NO 和 0.4 mol CO，發生反應③ 。在三種不同實驗條件下進行上述反應（體系各自保持溫度不變），反應體系總壓強隨時間的變化如圖所示：

①溫度：T1_____T2（填“＜”“=”或“＞”）。

②CO 的平衡轉化率：Ⅰ_____Ⅱ_____Ⅲ（填“＜”“=”或“＞”）。

③反應速率：a 點的 v逆_____b 點的 v正 （填“＜”“=”或“＞”）。

④T2 時的平衡常數 Kc=_____。

（3）將 NO和 CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑（cat1、cat2）進行反應，相同時間內測量的脫氮率（脫氮率即 NO的轉化率）如圖所示。M 點_____（填“是”或“不是”）對應溫度下的平衡脫氮率， 說明理由_________。

Ⅱ．N2O是一種強溫室氣體，且易形成顆粒性污染物，研究N2O的分解反應 2N2O=2N2+O2對環境保護有重要意義。

（4）碘蒸氣存在能大幅度提高 N2O 的分解速率，反應歷程為：

第一步 I2(g)2I(g)快速平衡，平衡常數為K

第二步 I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g) v = k1·c(N2O)·c(I) 慢反應

第三步 IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+1/2I2(g) 快反應

其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡。實驗表明，含碘時N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5（k為速率常數）。

① k =_____（用含 K 和 k1 的代數式表示）。

②下列表述正確的是_____。

a．IO 為反應的中間產物

b．碘蒸氣的濃度大小不會影響 N2O的分解速率

c．第二步對總反應速率起決定作用

d．催化劑會降低反應的活化能，從而影響△H

（5）通過 N2O 傳感器可監測環境中 N2O 的含量，其工作原理如圖所示

①NiO電極上的電極反應式為_____。

②N2O濃度越高，則電壓表讀數越_____。（填“高”或“低”）

Answer 1

【答案】-746.5 kJ/mol ＞ ＜ = ＞ 17150 不是 該反應為放熱反應，根據曲線cat2可知，M點對應溫度的平衡脫氮率應該更高 k1 K1/2 ac N2O - 6e- + 3O2-＝2NO2 高

【解析】

∣.（1）已知①N2(g)+O2(g)2NO(g) △H1= +180.5 kJ·mol-1；②CO+1/2O2=CO2 △H2 = - 283.0 kJ·mol-l；根據蓋斯定律，②×2-①可得③，其△H3 = -746.5 kJ/mol，故答案為：-746.5 kJ/mol。

（2）①溫度越高，反應速率越快，先達到平衡，由圖可知，溫度為T1時先拐，先達到平衡，所以T1＞T2，故答案為：＞。

②該反應的正反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，已知T1＞T2，所以CO的平衡轉化率為:Ⅰ＜Ⅱ=Ⅲ，故答案為：＜；=。

③a、b點是平衡狀態，所以正逆反應速率相等，由圖像分析可知，a點加入了催化劑，反應速率加快，所以反應速率a點大于b點，a點的v逆大于b點的v正，故答案為：＞。

④壓強與物質的量成正比關系可得，，設平衡時，生成的氮氣為xmol，則根據三段式：

則，故答案為：17150。

（3）圖象分析可知M點不是對應溫度下的平衡脫氮率，溫度較低時，催化劑的活性偏低；不是平衡脫氮率，因為該反應為放熱反應，根據曲線cat2可知，M點對應溫度的平衡脫氮率應該更高，故答案為：不是；該反應為放熱反應，根據曲線cat2可知，M點對應溫度的平衡脫氮率應該更高。

Ⅱ.（4）①根據 ，v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5，則，故答案為：；

②a．IO是第二步反應的生成物，第三步反應的反應物，所以IO為反應的中間產物，a正確；

b．含碘時N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5，碘蒸氣的濃度大小會影響 N2O的分解速率，b錯誤；

c．反應的快慢取決于慢反應，所以第二步對總反應速率起決定作用，c正確；

d．催化劑會降低反應的活化能，加快反應速率，不影響△H，d錯誤；故答案為：ac。

（5）①NiO電極上N2O反應生成NO2，N元素的化合價由+1價升高為+4價，發生氧化反應，NiO電極是負極，其電極反應為：N2O - 6e- + 3O2-＝2NO2，Pt電極上O2反應生成O2-，O元素的化合價由0價降低為-2價，發生還原反應，Pt電極是正極，其電極反應為：O2 + 4e- =2O2-，故答案為：N2O - 6e- + 3O2-＝2NO2。

②根據U=IR，N2O濃度越高，N2O越失去電子生成NO2，轉移電子越多，電流越大，電壓越大，電壓表讀數越高，故答案為：高。