Question

【題目】氮的氧化物是嚴(yán)重的大氣污染物，可以通過以下方法處理：

Ⅰ.催化還原法：如在汽車排氣管上安裝一個催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)： 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

(1)已知N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180kJ/mol

化學(xué)鍵	O=O	C=O	C≡O(shè)
鍵能(kJ/mol)	497	803	1072

則反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) △H=_____kJ/mol。

(2)在一定溫度下，向體積為1L的密閉容器中充入2molNO、1molCO，10分鐘時反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)過程中反應(yīng)物濃度隨時間變化情況如圖所示：

①該反應(yīng)的平衡常數(shù) K 的計算式為_____；前 10 分鐘內(nèi)用氮氣表示的反應(yīng)速率為_____。

②若保持溫度不變，15 分鐘時再向該容器中充入1.6molNO、0.4molCO2，則此時反應(yīng)的ν正______ν逆(填“＞”、“=”或“＜”)。

③若保持其他條件不變，15min 時壓縮容器的體積至 0.5L，20 分鐘時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，NO 的濃度對應(yīng)的點應(yīng)是圖中的_____(填字母)。

④某科研小組研究發(fā)現(xiàn)以 Ag-ZSM-5 為催化劑，NO 轉(zhuǎn)化為 N2 的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示。若不使用 CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因是__________________

Ⅱ.利用電化學(xué)原理，將 NO2、O2和熔融 KNO3制成燃料電池，其原理如圖，該電池在工作過程中NO2轉(zhuǎn)變成綠色硝化劑Y，Y是一種氧化物，可循環(huán)使用，石墨Ⅰ附近發(fā)生的反應(yīng)電極反應(yīng)式為_____相同條件下，消耗的 O2和 NO2的體積比為_____

Answer 1

【答案】-751 0.02mol/（Lmin） = B NO的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行 NO2-e-+NO3-═N2O5 1:4

【解析】

(1)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；①N2(g)+O2(g)2NO(g)；②2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)；①+②得：③2CO(g)+O2(g)2CO2(g)，依據(jù)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能計算該反應(yīng)的焓變；依據(jù)蓋斯定律②=③-①計算2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H；

(2)①依據(jù)方程式2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)，結(jié)合圖象，列三段，表示出平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，依據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式解答；v(N2)=計算10min內(nèi)N2平均反應(yīng)速率；

②若保持溫度不變，15min時再向該容器中充入NO1.6mol、CO20.4mol，計算此時，反應(yīng)的濃度商與K比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；

③若保持其條件不變，15min時壓縮容器至0.5L時，加壓平衡逆向移動；

④依據(jù)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H＜0，可知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動；

(3)該燃料電池中，負(fù)極上通入NO2，正極上通入O2，根據(jù)電解質(zhì)知，負(fù)極電極反應(yīng)式為NO2-e-+NO3-═N2O5，正極電極反應(yīng)式為O2+2N2O5+4e-═4NO3-，據(jù)此分析解答。

(1)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，則③2CO(g)+O2(g)2CO2(g)，△H3=497+2×1072-803×4=-571kJ/mol；依據(jù)蓋斯定律：③2CO(g)+O2(g)2CO2(g)△H3=-571kJ/mol；①N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180kJ/mol；則③-①得：②2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)，則其焓變值△H2=△H3-△H1=-571-180=-751kJ/mol；

(2)①在一定溫度下，向體積1L的密閉容器中充入2molNO，10min時反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，由圖象1可知，平衡時CO物質(zhì)的量度為0.6mol/L，則：

該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K==；10min內(nèi)N2平均反應(yīng)速率v(N2)== =0.02mol/(Lmil)；

②若保持溫度不變，15min時再向該容器中充入NO1.6mol、CO20.4mol，則：此時：C(NO)=3.2mol/L；C(CO)=0.6mol/L；C(CO2)=0.8mol/L；C(N2)=0.2mol/L；反應(yīng)的濃度商為：==，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，則V正=V逆；

③若保持其條件不變，15min時壓縮容器至0.5L時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，加壓平衡逆向移動，一氧化氮濃度增加，依據(jù)可逆反應(yīng)特點，利用極值可知當(dāng)CO全部反應(yīng)，則平衡后一氧化氮濃度為3mol/L，所以一氧化氮濃度應(yīng)介于2mol/L和mol/L之間，故答案為B；

④依據(jù)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H＜0，可知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行；

(3)該燃料電池中，負(fù)極上通入NO2，石墨Ⅰ為負(fù)極，電極反應(yīng)式為NO2-e-+NO3-═N2O5，正極上通入O2，石墨Ⅱ為正極，電極反應(yīng)式為O2+2N2O5+4e-═4NO3-，所以NO3-向負(fù)極移動，即NO3-向石墨Ⅰ；依據(jù)O2+2N2O5+4e-═4NO3-，可知1mol氧氣得到4mol電子，依據(jù)NO2-e-+NO3-═N2O5，1mol二氧化氮失去1mol電子，要使得失電子守恒：則消耗的O2和 NO2的體積比為1:4。