Question

目前，全國多個地區(qū)為霧霾所困，氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．消除氮氧化物有多種方法．
（1）在汽車上安裝三效催化轉化器，可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NO_x、碳氫化合物）進行相互反應，生成無毒物質，減少汽車尾氣污染．
已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
①汽車啟動后，汽缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是

 

．
②汽車尾氣中轉化器中發(fā)生的反應：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
③在一定溫度下，在密閉容器中充入NO和CO，t₁時刻達到平衡狀態(tài)．如圖1，在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時刻達到新的平衡狀態(tài)．請在圖1中補充畫出從t₂到t₄時刻正反應速率隨時間的變化曲線：

④如果要凈化汽車尾氣同時提高該反應的速率和NO的轉化率，采取的措施是

 

．
A．降低溫度                B．增大壓強同時加催化劑
C．升高溫度同時充入N₂       D．及時將CO₂和N₂從反應體系中移走
（2）壓縮天然氣（CNG）汽車的優(yōu)點之一是利用催化技術能夠將NO_x轉變成無毒的CO₂和N₂．在恒壓下，將CH₄（g）和NO₂（g）置于密閉容器中發(fā)生化學反應：
CH₄（g）+2NO₂（g）

催化劑

N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0
在不同溫度、不同投料比時，NO₂的平衡轉化率見表：

投料比[ n(NO2) n(CH4) ]	400K	500K	600K
1	60%	43%	28%
2	45%	33%	20%

①寫出該反應平衡常數(shù)的表達式K=

 

．
②若溫度不變，提高[

n(NO2)

n(CH4)

]投料比，則K將

 

．（填“增大”、“減小”或“不變”．）
③400K時，將投料比為1的NO₂和CH₄的混合氣體共0.04mol，充入一裝有催化劑的容器中，充分反應后，平衡時NO₂的體積分數(shù)

 

．
（3）圖2為連續(xù)自動監(jiān)測氮氧化物（NO_x）的儀器動態(tài)庫侖儀的工作原理示意圖．則NiO電極上NO發(fā)生的電極反應式為：

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡常數(shù)的含義,化學反應速率的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)溫度對化學平衡的影響進行判斷；根據(jù)△G=△H-T?△S進行判斷，如△G＜0，則反應能自發(fā)進行，如△G＞0，則不能自發(fā)進行；
②依據(jù)蓋斯定律結合熱化學方程式計算出該反應的焓變；
③增大容器體積，減小了壓強，正逆反應速率減小，平衡向著氣體體積增大的方向移動，據(jù)此畫出從t₂到t₄時刻正反應速率隨時間的變化曲線；
④根據(jù)影響化學反應速率、化學平衡的因素進行判斷；
（2）①依據(jù)化學方程式結合平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達式；
②平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度變化；
③400K時，將投料比為1的NO₂和CH₄的混合氣體共0.04mol，二氧化氮轉化率為60%，依據(jù)化學平衡三段式列式計算；
（3）根據(jù)圖片知，鉑電極上氧氣得電子發(fā)生還原反應而作正極，NiO電極上NO失電子發(fā)生氧化反應，則NiO為負極，正極上電極反應式為：O₂+4e^-═2O^2-，負極上電極反應式為：NO-2e^-+O^2-═NO₂，結合電池內部離子移動方向判斷．

解答： 解：（1）①由于升高溫度，反應速率加快，平衡朝生成NO的方向移動，會導致單位時間內NO排放量越大；由于反應2CO（g）═2C（s）+O₂（g）中△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進行，
故答案為：升高溫度，反應速率加快，平衡朝生成NO的方向移動；不可行，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進行；
②：a、N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
b、2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
c、C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
根據(jù)蓋斯定律可得：c×2-a-b，2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
故答案為：-746.5 kJ?mol^-1；
③在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，則正逆反應速率均是減小的，但平衡向正反應方向一定，所以正確的圖象應該是（見答案）．在t₂時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，則正逆反應速率均是減小的，但平衡向逆反應方向移動，所以正確的圖象應該是，
故答案為：；
 ④2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
A．降低溫度，反應速率會減小，無法通過反應速率，故A錯誤；               
B．增大壓強同時加催化劑，增大壓強后，平衡向著正向移動，一氧化氮的轉化率增大，且反應速率增大，使用催化劑，反應速率加快，故B正確；
C．升高溫度同時充入N₂，升高溫度平衡向著逆向移動，一氧化氮的轉化率減小，故C錯誤；
D．及時將CO₂和N₂從反應體系中移走，一氧化氮的轉化率增大，但是反應速率減小，故D錯誤
故答案為：B；
（2）①在恒壓下，將CH₄（g）和NO₂（g）置于密閉容器中發(fā)生化學反應③CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），反應的平衡常數(shù)表達式是利用平衡狀態(tài)生成物濃度冪次方乘積除以反應物濃度冪次方乘積，該反應的平衡常數(shù)的表達式 K=

c(N2)c(CO2)c2(H2O)

c(CH4)c2(NO2)

，
故答案為：

c(N2)c(CO2)c2(H2O)

c(CH4)c2(NO2)

；
②平衡常數(shù)K不受濃度和壓強的影響，只受溫度的影響，溫度不變K不變，故答案為：不變；
③400 K時，將投料比為1的NO₂和CH₄的混合氣體共0.04 mol，二氧化氮轉化率為60%，充入一裝有催化劑的容器中，充分反應后，則
        CH₄（g）+2NO₂（g）

催化劑 .

△

  N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
n始     0.02        0.02          0        0          0
n轉    0.006  0.02×0.6=0.012   0.006    0.006      0.012
n平    0.014       0.008        0.006    0.006      0.012
平衡時NO₂的體積分數(shù)=

0.008mol

0.014mol+0.008mol+0.006mol+0.012mol

×100%=17.4%，
故答案為：17.4%；
（3）負極NiO上一氧化氮失電子和氧離子反應生成二氧化氮，電極反應式為NO-2e^-+O^2-═NO₂，故答案為：NO-2e^-+O^2-═NO₂；

點評：本題考查了蓋斯定律計算，原電池原理應用，化學平衡的建立過程、化學平衡的影響因素、有關化學平衡常數(shù)的計算等知識，題目難度較大，注意掌握化學平衡的影響因素，明確化學平衡常數(shù)的概念及計算方法．