Question

【題目】氮的氧化物是大氣污染物，可以通過以下方法處理:

I.催化還原法:在汽車排氣管上安裝一個(gè)催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生反應(yīng):

2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g) △H1

(1)已知:①N2(g) +O2(g)2NO(g) △H2=+180kJ/mol

②CO與O2 反應(yīng)相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:

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

則△H1=__________。

(2)在一定溫度下,向容積為1L的密閉容器中充入2 molNO、1molCO，10min時(shí)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(shí)間變化情況如圖1所示:

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)；前10min內(nèi)用氮?dú)獗硎镜钠骄�反�?yīng)速率為______。

②若保持其他條件不變，15min時(shí)再向該容器中充入少量N2，則此時(shí)反應(yīng)的v正______ v逆(填“>”、“=”或“<”)，原因是____________。

③若保持其他條件不變，15min時(shí)壓縮容器的容積至0.5L，20min時(shí)反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則此時(shí)NO的濃度對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)是圖1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2 所示。若不使用CO，溫度超過775 K，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3。

(3)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(xiàn)附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為______。相同條件下，消耗的O2 和NO2 的體積比為______。

Answer 1

【答案】 -751kJ/mol 0.0347 0.02mol/(L·min) < 生成物濃度增大，平衡逆向移動(dòng) 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)將上面兩個(gè)熱化學(xué)方程式相加可得：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=△H1+ △H2，根據(jù)反應(yīng)的焓變等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能有△H1+180 kJ/mol

=（497+1072×2-4×803）kJ/mol，所以△H1=-751 kJ/mol。

(2) ①由圖象1可知，平衡時(shí)CO物質(zhì)的量濃度為0.6mol/L，所以CO的物質(zhì)的量濃度減少0.4mol/L，則平衡時(shí)NO的物質(zhì)的量濃度為2mol/L-0.4mol/L=1.6mol/L，N2和CO2的物質(zhì)的量濃度分別為0.2mol/L和0.4mol/L，所以K= =0.0347；v(N2)=0.2mol/L÷10min=0.02mol/(L·min)

②15min時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡，再向該容器中充入少量N2，生成物的濃度增大，逆反應(yīng)速增大，正反應(yīng)速率不變，平衡逆向移動(dòng)，故v正<v逆，答案為：<、 生成物濃度增大，平衡逆向移動(dòng)。

③ 其他條件不變，15min時(shí)壓縮容器的容積至0.5L，若平衡不移動(dòng)，NO的物質(zhì)的量濃度變?yōu)?/span> 3.2 mol/L，但增大壓強(qiáng)平衡將正向移動(dòng)，故NO的物質(zhì)的量濃度小于3.2mol/L，用極值法考慮，若CO全部反應(yīng)完則剩余的NO的物質(zhì)的量為1mol，物質(zhì)的量濃度為2mol/L，所以達(dá)到新平衡時(shí)NO的物質(zhì)的量濃度處于2mol/L到3.2mol/L之間，故對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)是圖1中的B點(diǎn)。

④由已知信息N2(g)+O2(g)2NO(g) △H2=+180kJ/mol，可知NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)： 2NO(g) N2(g)+O2(g) △H2=-180kJ/mol，溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，NO的轉(zhuǎn)化率降低。

(3)燃料NO2所在電極石墨I為負(fù)極，失去電子，Y是氧化物可循環(huán)使用，可知Y是N2O5，故石墨I附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為：NO2-e-+NO3-=N2O5；負(fù)極NO2失去電子生成N2O5，N元素的化合價(jià)升高1，正極O2得到電子，O元素的化合價(jià)降低4，根據(jù)得失電子守恒可知相同條件下，消耗的O2和NO2的體積比為1:4。