Question

【題目】研究高效催化劑是解決汽車尾氣中的 NO 和 CO 對大氣污染的重要途徑。

(1)已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5 kJ/mol

C(s)+O2(g)= CO(g) △H2= -110.5 kJ/mol

N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3= +180.0 kJ/mol

則汽車尾氣的催化轉化反應 2NO(g)+ 2CO(g)=N2(g)+ 2CO2(g)的△H =_______kJ/mol。

(2)400℃時，在分別裝有催化劑 A 和 B 的兩個容積為 2 L 的剛性密閉容器中，各充入物質(zhì)的量均為nmol的NO和CO發(fā)生上述反應。通過測定容器內(nèi)總壓強隨時間變化來探究催化劑對反應速率的影響，數(shù)據(jù)如下表：

時間/min	0	10	20	30	∞
A容器內(nèi)壓強/kPa	75.0	70.0	65.0	60.0	60.0
B容器內(nèi)壓強/kPa	75.0	71.0	68.0	66.0	60.0

①由上表可以判斷催化劑 __________(填“A”或“B”) 的效果更好。

②容器中CO 的平衡轉化率為 __________。400℃時，用壓強表示的平衡常數(shù)Kp__________(kPa)-1 (保留兩位小數(shù))。

③汽車尾氣排氣管中使用催化劑可以提高污染物轉化率，其原因是 __________。

(3)為研究氣缸中NO的生成， 在體積可變的恒壓密閉容器中，高溫下充入物質(zhì)的量均為 1mol 的氮氣和氧氣，發(fā)生反應 N2(g)+ O2(g)2NO(g)。

①下列說法能表明該反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是_________(填序號)。

A.2v正(O2)= v逆(NO) B.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

C.c(N2):c(O2)=l D.容器內(nèi)溫度不變

②為減小平衡混合氣中 NO 的體積分數(shù)， 可采取的措施是 ___________。

(4)對于缸中NO的生成，化學家提出了如下反應歷程：

第一步 O22O 慢反應

第二步 O+N2NO+N 較快平衡

第三步 N+O2NO+O 快速平衡

下列說法錯誤的是_______(填標號)。

A.第一步反應不從N2分解開始，是因為N2比O2穩(wěn)定

B.N、O 原子均為該反應的催化劑

C.三步反應中第一步反應活化能最大

D.三步反應的速率都隨溫度升高而增大

Answer 1

【答案】-794.5 A 80% 4.27 排氣管是敝口容器，管中進行的反應為非平衡態(tài)，該非平衡條件下，反應速率越快，相同時間內(nèi)污染物轉化率就越高 AD 降低溫度 B

【解析】

（1）已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5 kJ/mol

②C(s)+O2(g)= CO(g) △H2= -110.5 kJ/mol

③N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3= +180.0 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，2×①-（2×②+③）得2NO(g)+ 2CO(g)=N2(g)+ 2CO2( g) △H=-393.5 kJ/mol×2-（-110.5 kJ/mol）×2 -180.0 kJ/mol=-794.5 kJ/mol，故答案為：-794.5；

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析A容器中反應先達到平衡，則催化劑A的效果更好，故答案為：A；

②設平衡時反應的CO的物質(zhì)的量為x，則

則，解得x=，CO的平衡轉化率為；平衡時NO、CO、N2、CO2的物質(zhì)的量分別為、、、，則各物質(zhì)的分壓分別為、、、，(kPa)-1，故答案為：80%；4.27；

③汽車尾氣排氣管中使用催化劑可以提高污染物轉化率，其原因是排氣管是敝口容器，管中進行的反應為非平衡態(tài)，該非平衡條件下，反應速率越快，相同時間內(nèi)污染物轉化率就越高，故答案為：排氣管是敝口容器，管中進行的反應為非平衡態(tài)，該非平衡條件下，反應速率越快，相同時間內(nèi)污染物轉化率就越高；

（3）①A. 2v正(O2)= v逆(NO)=2v逆(O2)，正反應速率等于逆反應速率，則說明反應達到平衡狀態(tài)，故A選；

B. 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量始終保持不變，所以B不選；

C. c(N2):(O2)=l不能說明反應物、生成物的濃度保持不變，故C不選；

D 該反應伴隨著能量不變，該容器內(nèi)溫度不變，說明轉化率不變，能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D選；故答案為：AD ；

②該反應為吸熱反應，降低溫度平衡逆反應方向移動，NO的體積分數(shù)降低，故答案為：降低溫度；

（4）A. 根據(jù)題給反應機理分析，N2比O2穩(wěn)定，所以第一步反應不從N2分解開始，故A正確；

B. 根據(jù)反應歷程分析，O 原子為該反應的催化劑，故B錯誤；

C. 三步反應中第一步反應速率最慢，說明活化能最大，故C正確；

D. 溫度升高，增大活化分子百分數(shù)，所以三步反應的速率都隨溫度升高而增大，故D正確；故答案為：B。