Question

【題目】黨的十九大報告指出:要持續實施大氣污染防治行動，打贏藍天保衛戰。當前空氣質量檢測的主要項目除了PM2.5外，還有CO、SO2、氮氧化物(NO和NO2)、O3等氣體。

(1)汽車尾氣中含有NO和CO氣體，可利用催化劑對CO、NO進行催化轉化反應:

2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) △H

①已知下列熱化學方程式:

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-2210kJ/mol

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5kJ/mol

則△H=_________。

②在一定溫度下,將2.0molNO、2.4molCO氣體通入到固定容積為2L的密閉容器中，反應過程中部分物質的濃度變化如下圖所示。在0~15min,以N2表示的該反應的平均速度v(N2)=________。若保持反應體系溫度不變，20min時再容器中充入NO、N2各0.4mol，化學平衡將_____移動(填“向左”“向右”或“不”)。

(2)在相同溫度下，兩個體積均為1L的恒容密閉容器中，發生CO、NO催化轉化反應，有關物質的量如下表:

容器編號	起始物質的量/mol				平衡物質的量/mol
	NO	CO	N2	CO2	CO2
I	0.2	0.2	0	0	a
II	0.3	0.3	b	0.1	0.2

①容器I中平衡后氣體的壓強為開始時的0.875倍，則a=________。

②容器II平衡時的氣體壓強為p，用平衡分壓代替平衡濃度表示的平衡常數K為________。

(3)汽車使用乙醇汽油并不能破少NOx的排放。某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag-ZSW-5對CO、NO催化轉化進行研究。測得NO轉化為N2的轉化率隨溫度CO混存量的變化情況如圖所示。

①在n(NO)/n(CO)=1條件下，最佳溫度應控制在_______左右。

②若不使用CO，溫度超過775K，發現NO的分解率降低，其可能的原因為________。

③加入CO后NO轉化為N2的轉化率增大的原因是_______ (用平衡移動的原理解釋)。

(4)以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如右圖所示，在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物Y，則該電極反應式為_______。

Answer 1

【答案】 -746.5kJ·mol－ 1 0.013mol/（L·min） 左 0.1 4/p 870K (860～880K 范圍都可以) NO直接分解成 N2的反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行 加入的 CO與NO分解生成的O2反應，使 NO分解平衡向生成 N2的方向移動，因此NO轉化率升高 NO2+NO3--e-=N2O5

【解析】(1)①根據蓋斯定律：③×2-②-①，整理可得：2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)△H= -746.5kJ·mol－ 1，正確答案：-746.5kJ·mol－ 1。

②由圖可以知道, 15min內，N2濃度變化量為，則；將NO、CO通入到固定容積為2L的容器中,則：

2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)

起始濃度： 1.2 1 0 0

變化濃度： 0.4 0.4 0.2 0.4

平衡濃度： 0.8 0.6 0.2 0.4

化學平衡常數；時再向容器中充入NO、各0.4 mol，此時各成分的濃度變為c(CO)=0.8mol/L、c(NO)= 0.8mol/L、 c(N2)=0.4mol/L、 c( CO2)=0.4mol/L；濃度商為（0.4）2×（0.4）2/（0.8）2×（0.8）2=0.156>0.14，反應向左進行；正確答案：0.013mol/（L·min）； 左。

（2）容器的體積為1L， 根據表格中容器I的數據，列出三段式：

2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)

起始濃度： 0.2 0.2 0 0

變化濃度： a a 0.5 a a

平衡濃度： 0.2-a 0.2-a 0.5 a a

已知容器I中平衡后氣體的壓強為開始時的0.875倍，恒溫條件下，氣體的壓強之比等于氣體的物質的量之比：0.2-a+0.2-a+0.5a+a=0.875×（0.2+0.2），a=0.1 mol； 容器I與容器II溫度相同，平衡常數相等；容器的體積為1L，容器容器I中的化學平衡常數為K=c(N2)×c(CO2)2/ c(NO)2 c(CO)2=0.5×0.1×（0.1）2/(0.1)2×(0.1)2=5；容器II中根據表格數據可三段式：

2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)

起始濃度： 0.3 0.3 b 0.1

變化濃度： 0.1 0.1 0.05 0.1

平衡濃度： 0.2 0.2 b-0.05 0.2

則K=c(N2)×c(CO2)2/ c(NO)2 ×c(CO)2= (b-0.05)×(0.2)2/（0.2）2×（0.2）2=5，解之得b=0.25；則平衡時氣體的總量為0.8mol，各組分氣體均為0.2 mol，各氣體的分壓均為p /4 ；用平衡分壓代替平衡濃度表示的平衡常數K= p/4×（p/4）2/(p/4)2×(p/4)2=4/p；正確答案：0.1；4/p。

(3) ①由圖可知：在n(NO)/n(CO)=1條件下，溫度為870K左右時，一氧化氮還原為氮氣的的轉化率最高，正確答案：870K (860～880K 范圍都可以)。

②升高溫度，發現一氧化氮的分解率降低，說明反應左移，該反應為放熱反應；正確答案：NO直接分解成 N2的反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行，因此NO轉化率升高。

③加入CO會與NO的分解的產物氧氣反應，促進了NO分解平衡向生成 N2的方向移動，因此NO轉化率升高；正確答案：加入的 CO與NO分解生成的O2反應，使 NO分解平衡向生成 N2的方向移動，因此NO轉化率升高。

(4)通入氧氣的一極發生還原反應，為燃料電池的正極；通入NO2氣體的一極為燃料電池的負極，發生氧化反應，且NO2被氧化為五氧化二氮；則該電極反應式為：NO+NO3--e-=N2O5；正確答案：NO2+NO3--e-=N2O5。