Question

【題目】2016杭州G20峰會期間，中美兩國共同交存參加《巴黎協定》法律文書，展示了應對全球性問題的雄心和決心。其中燃煤、汽車、工業尾氣排放等途徑產生的CO、NOx的有效消除成為環保領域的重要課題。請根據題目提供信息回答相關問題。

Ⅰ．已知： N2(g) + O2(g) ＝ 2NO(g) H = + 180.5 kJ·mol-1

2C(s) + O2(g) ＝2CO(g) H = - 221.0 kJ·mol-1

C(s) + O2(g) ＝CO2(g) H = - 393.5 kJ·mol-1

（1）汽車尾氣轉化器中發生的反應為：2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)，此反應的H =____；

（2）汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想選擇合適的催化劑按下列反應除去CO：2CO(g) ＝2C(s) + O2(g)，則該反應能否自發進行并說明理由：__________________。

Ⅱ．已知：用NH3催化還原NOx時包含以下反應。

反應①：4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) H1 < 0

反應②：4NH3(g) + 6NO2(g) 5N2(g) + 3O2(g) + 6H2O(l) H2 > 0

反應③：2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H3 < 0

（3）為探究溫度及不同催化劑對反應①的影響，分別在不同溫度、不同催化劑下，保持其它初始條件不變重復實驗，在相同時間內測得N2濃度變化情況如下圖所示。下列說法正確的是__________________ 。

A．在催化劑甲的作用下反應的平衡常數比催化劑乙時大

B．反應在N點達到平衡，此后N2濃度減小的原因可能是溫度升高，平衡向左移動

C．M點后N2濃度減小的原因可能是溫度升高發生了副反應

D．M點后N2濃度減小的原因可能是溫度升高催化劑活性降低了

（4）圖中虛線為反應③在使用催化劑條件下，起始O2、NO投料比和NO平衡轉化率的關系圖。當其他條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下，起始O2、NO投料比和NO平衡轉化率的關系示意圖。__________________

（5）由NO2、O2、熔融鹽NaNO3組成的燃料電池如下圖所示，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應生成一種氧化物Y，請寫出石墨Ⅱ極的電極反應式：___________________ 。

Answer 1

【答案】 －746.5 kJ·mol－1 否，該反應△H >0，△S <0 CD O2+4e-+ 2N2O5=4NO3-

【解析】Ⅰ．(1)已知：①N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ/mol，②2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-221.0kJ/mol，③C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5kJ/mol，根據蓋斯定律③×2-②-①可得：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kJ/mol，故答案為：-746.5 kJ/mol；

(2)2CO(g)=2C(s)+O2(g)，該反應是焓增、熵減的反應，根據G=△H-T△S，△H＞0，△S＜0，△H-T△S＞0，G＞0，不能實現，故答案為：否，該反應△H >0，△S <0；

Ⅱ．(3)反應①為4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) H1 < 0。A．平衡常數只與溫度有關，相同溫度下，在催化劑甲的作用下反應的平衡常數與催化劑乙的作用下反應的平衡常數相等，故A錯誤；B．根據題意，用NH3催化還原NOx時包含3個反應，反應在N點達到平衡，此后N2濃度減小，原因可能是發生了副反應或催化劑活性降低，故B錯誤；C、D．根據題意，用NH3催化還原NOx時包含3個反應，M點后N2濃度減小，原因可能是發生了副反應或催化劑活性降低，故CD正確；故選CD；

(4)反應③為2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H3 < 0。不使用催化劑情況下，反應速率減慢，到達平衡時間變長，但不影響平衡移動，平衡時CO轉化率不變，不使用催化劑情況下，起始O2、NO投料比和NO平衡轉化率的關系示意圖為：，故答案為：；

(5)由圖可知，石墨Ⅱ上氧氣得到電子，則石墨Ⅱ為正極，石墨I上NO2失去電子，化合價升高，生成一種氧化物Y，則Y為N2O5，石墨I的電極反應為NO2+NO3--e-═N2O5，正極發生還原反應，石墨Ⅱ的電極反應式為O2+4e-+ 2N2O5=4NO3-，故答案為：O2+4e-+ 2N2O5=4NO3-。