Question

【題目】據(jù)公安部2019年12月統(tǒng)計，2019年全國機動車保有量已達3.5億。汽車尾氣排放的碳氫化合物、氮氧化物及碳氧化物是許多城市大氣污染的主要污染物。

I.汽油燃油車上安裝三元催化轉(zhuǎn)化器，可有效降低汽車尾氣污染。

（1）已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=393.5kJ·mol1

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=221.0kJ·mol1

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3=+180.5kJ·mol1

CO和NO兩種尾氣在催化劑作用下生成N2的熱化學(xué)方程式___。

（2）對于2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g），在一定溫度下，于1L的恒容密閉容器中充入0.1molNO和0.3molCO，反應(yīng)開始進行。

下列能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是___（填字母代號）。

A.比值不變

B.容器中混合氣體的密度不變

C.v（N2）正=2v（NO）逆

D.容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變

（3）使用間接電化學(xué)法可處理燃煤煙氣中的NO，裝置如圖2所示。

已知電解池的陰極室中溶液的pH在4～7之間，寫出陰極的電極反應(yīng)式__。用離子方程式表示吸收池中除去NO的原理___。

（4）T1溫度時在容積為2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H<0。實驗測得：v正=v(CO)消耗=2v(O2)消耗=k正c2(CO)·c(O2)，v逆=(CO2)消耗=k逆c2(CO2)，k正、k逆為速率常數(shù)只受溫度影響。不同時刻測得容器中n(CO)、n(O2)如表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	2	1.2	0.8	0.4	0.4	0.4
n(O2)/mol	1.2	0.8	0.6	0.4	0.4	0.4

①T1溫度時=___L/mol。

②若將容器的溫度改變?yōu)?/span>T2時其k正=k逆，則T2__T1(填“>”、“<”或“=")。

II.“低碳經(jīng)濟”備受關(guān)注，CO2的有效開發(fā)利用成為科學(xué)家研究的重要課題。在0.1MPa、Ru/TiO2催化下，將一定量的H2和CO2置于恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)X：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H<0

（5）為探究反應(yīng)X的反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系，向恒容密閉容器中通入濃度均為1.0molL-1的H2與CO2。恒溫條件下，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出反應(yīng)速率與濃度關(guān)系曲線：v正～c（CO2）和v逆～c（H2O）。則與曲線v正～c（CO2）相對應(yīng)的是如圖___曲線。（填“甲”或“乙”）；該反應(yīng)達到平衡后，某一時刻降低溫度，反應(yīng)重新達到平衡，則此時曲線乙對應(yīng)的平衡點可能為___（填字母）。

（6）溫度為T時，向10L密閉容器中充入5molH2和CO2的混合氣體，此時容器內(nèi)壓強為5P，兩種氣體的平衡轉(zhuǎn)化率ɑ與的關(guān)系如圖所示：

①圖中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可用表示___（L1或L2）

②該溫度下，反應(yīng)X的平衡常數(shù)Kp=___。

（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

Answer 1

【答案】2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kJmol-1 AD 2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O 2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3- 80 > 乙 C L1

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律進行計算；

(2)根據(jù)平衡狀態(tài)判斷的依據(jù)：正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變及由此衍生的其他物理量進行分析。

(3)電解池中陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)圖2所示，HSO3-得電子生成S2O42-，發(fā)生還原反應(yīng)；吸收池中NO和S2O42-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)圖示的產(chǎn)物可寫出該反應(yīng)的離子方程式；

(4)①反應(yīng)達到平衡時v正= v逆，即k正c2(CO)·c(O2)= k逆c2(CO2)，所以此時，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知初始投料為2molCO和1.2molO2，平衡時n(CO)=0.4mol，n(O2)=0.4mol，根據(jù)反應(yīng)方程式可知生成的n(CO2)=1.6mol，容器的體積為2L，可以計算出；

②T2時其k正=k逆，即=K=1<80；該反應(yīng)焓變小于零即正反應(yīng)放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)變小，據(jù)此分析溫度的大小；

(5)初始投料為濃度均為1.0molL-1的H2與CO2，則反應(yīng)過程中CO2的濃度減小，所以與曲線v正～c(CO2)相對應(yīng)的是曲線乙；該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以降低溫度平衡正向移動c(CO2)在原平衡基礎(chǔ)上減小，且溫度降低反應(yīng)速率減慢，所以對應(yīng)的平衡點應(yīng)為C；

(6)①當(dāng)CO2的量一定時，增大H2的量，CO2的轉(zhuǎn)化率增大；

②當(dāng)反應(yīng)物投料比等于方程式中計量數(shù)之比時平衡轉(zhuǎn)化率相等，二者平衡轉(zhuǎn)化率相同時轉(zhuǎn)化率為50%，即當(dāng)=時，轉(zhuǎn)化率為50%，共充入5molH2和CO2的混合氣體，則n(H2)=4mol，n(CO2)=1mol，列三段式進行相關(guān)計算，以p(CO2)、p(H2)、p(H2O)來表示平衡時各物質(zhì)的濃度，進而計算出Kp。

(1)CO和NO兩種尾氣在催化劑作用下生成N2的方程式為：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)；已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJmol-1

②2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=221.0kJ·mol1

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3=+180.5kJ·mol1
①×2-②-③可得目標(biāo)反應(yīng)方程式，根據(jù)蓋斯定律可知目標(biāo)反應(yīng)方程式△H=-393.5kJmol-1×2+221.0kJ·mol1-180.5kJ·mol1=-746.5 kJmol-1，

所以CO和NO兩種尾氣在催化劑作用下生成N2的熱化學(xué)方程式為：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5 kJmol-1；

(2)A．初始投料為0.1molNO和0.3molCO，所以平衡前NO濃度減小，CO2濃度增大，所以當(dāng)比值不變時說明反應(yīng)達到平衡，故A選；

B．容器體積不變，即氣體的體積不變，反應(yīng)物和生成物都是氣體，所以氣體的總質(zhì)量不變，則混合氣體的密度一直不變，故B不選；

C．反應(yīng)平衡時v(N2)正= v(N2)逆，2v(N2)逆=v(NO)逆，故C不選；

D．平衡正向移動時氣體的物質(zhì)的量減小，氣體總質(zhì)量不變，所以平均摩爾質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體平均摩爾質(zhì)量不變時說明反應(yīng)達到平衡，故D選；

綜上所述選AD；

(3)電解池中陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)圖2所示，進入陰極室的是HSO3-，流出陰極室的是S2O42-，即HSO3-得電子生成S2O42-，陰極室中溶液的pH在4～7之間，呈酸性，故電極反應(yīng)為2HSO3-+2e-+2H+=S2/span>O42-+2H2O；吸收池中NO和S2O42-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)圖示的產(chǎn)物可知，NO得電子生成N2，S2O42-失電子生成HSO3-，根據(jù)得失電子守恒寫出反應(yīng)的離子方程式為2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-；

(4)①反應(yīng)達到平衡時v正= v逆，即k正c2(CO)·c(O2)= k逆c2(CO2)，所以此時，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知初始投料為2molCO和1.2mol O2，平衡時n(CO)=0.4mol，n(O2)=0.4mol，根據(jù)反應(yīng)方程式可知生成的n(CO2)=1.6mol，容器的體積為2L，所以80 L/mol；

②T2時其k正=k逆，即=K=1<80；該反應(yīng)焓變小于零即正反應(yīng)放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)變小說明溫度升高，所以T2>T1；

(5)初始投料為濃度均為1.0molL-1的H2與CO2，則反應(yīng)過程中CO2的濃度減小，所以與曲線v正～c(CO2)相對應(yīng)的是曲線乙；該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以降低溫度平衡正向移動c(CO2)在原平衡基礎(chǔ)上減小，且溫度降低反應(yīng)速率減慢，所以對應(yīng)的平衡點應(yīng)為C；

(6)①當(dāng)CO2的量一定時，增大H2的量，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，即越大，CO2的轉(zhuǎn)化率越大，所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可用L1表示；

②當(dāng)反應(yīng)物投料比等于方程式中計量數(shù)之比時平衡轉(zhuǎn)化率相等，二者平衡轉(zhuǎn)化率相同時轉(zhuǎn)化率為50%，即當(dāng)=時，轉(zhuǎn)化率為50%，共充入5molH2和CO2的混合氣體，則n(H2)=4mol，n(CO2)=1mol，列三段式有：

平衡時氣體總物質(zhì)的量為0.5mol+2mol+0.5mol+1mol=4mol，反應(yīng)前氣體總物質(zhì)的量為5mol，壓強為5P，則反應(yīng)后總壓強為4P，p(CO2)= p(CH4)=P，p(H2)=2P，p(H2O)=P，所以Kp=。