Question

【題目】工業(yè)上，常采用氧化還原方法處理尾氣中的CO、NO。

方法1：氧化法。瀝青混凝土可作為反應(yīng)：2CO（g）＋O2（g）2CO2（g）的催化劑。圖甲表示在相同的恒容密閉容器、相同起始濃度、相同反應(yīng)時(shí)間段下，使用同質(zhì)量的不同瀝青混凝土（α型、β型）催化時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系。

（1）在a、b、c、d四點(diǎn)中，未達(dá)到平衡狀態(tài)的是____。

（2）已知c點(diǎn)時(shí)容器中O2濃度為0.04mol·L-1，則50℃時(shí)，在α型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝____（用含x的代數(shù)式表示）。

（3）下列關(guān)于圖甲的說(shuō)法正確的是____。

A．CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K（a）＜K（c）

B．在均未達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化速率比α型要大

C．b點(diǎn)時(shí)CO與O2分子之間發(fā)生有效碰撞的幾率在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中最高

D．e點(diǎn)轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性

方法2：還原法。某含鈷催化劑可以催化消除柴油車尾氣中的碳煙（C）和NOx。不同溫度下，將模擬尾氣（成分如表所示）以相同的流速通過(guò)該催化劑，測(cè)得所有產(chǎn)物（CO2、N2、N2O）與NO的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖乙所示。

模擬尾氣	氣體（10 mol）			碳煙
	NO	O2	He
物質(zhì)的量（mol）	0.025	0.5	9.475	n

（4）375℃時(shí)，測(cè)得排出的氣體中含0.45molO2和0.052molCO2，則Y的化學(xué)式為____。

（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用NO模擬NOx，而不采用NO2的原因是____。

Answer 1

【答案】a BD N2 由于存在反應(yīng)2NO2N2O4會(huì)導(dǎo)致一定的分析誤差

【解析】

此題為化學(xué)平衡的綜合題，有判斷有計(jì)算，平衡的判斷和平衡常數(shù)的計(jì)算。圖像要根據(jù)橫縱坐標(biāo)的意義和曲線的變化情況進(jìn)行判斷。

（1）CO和O2反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)達(dá)到平衡后升高溫度，CO的轉(zhuǎn)化率降低，所以，b、c、d點(diǎn)表示平衡狀態(tài)，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)是不平衡狀態(tài)。

（2）令CO起始濃度為a mol·L-1。

2CO（g）＋O2（g）2CO2（g）

起始濃度（mol·L-1）： a 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol·L-1）： ax ax

平衡濃度（mol·L-1）：a（1-x） 0.04 ax

。

（3）CO和O2反應(yīng)是放熱反應(yīng)，a點(diǎn)未達(dá)到平衡，沒有平衡常數(shù)。若達(dá)到平衡后，溫度升高，平衡向左移動(dòng)，平衡常數(shù)K減小，A項(xiàng)錯(cuò)誤；觀察圖象知，β催化劑作用下CO的轉(zhuǎn)化速率大于α催化劑，B項(xiàng)正確；有效碰撞幾率與反應(yīng)速率有關(guān)，溫度越高，反應(yīng)速率越大，有效碰撞幾率越高，故在圖象中e點(diǎn)有效碰撞幾率最高，C項(xiàng)錯(cuò)誤；催化劑需要一定活性溫度，轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)突變，可能是因溫度高而催化劑失去活性，D項(xiàng)正確。故選BD。

（4）觀察圖象，NO生成X、Y的轉(zhuǎn)化率之和為24％，即NO參加反應(yīng)的物質(zhì)的量n（NO）＝0.025mol×（16％＋8％）＝0.006 mol，根據(jù)原子守恒，X和Y的物質(zhì)的量之和等于0.003mol。先根據(jù)O原子守恒求N2O的物質(zhì)的量，再根據(jù)N守恒求N2的物質(zhì)的量。

由投入各物質(zhì)和排出各物質(zhì)的物質(zhì)的量知，

NO＋C＋O2→CO2＋N2＋N2O

物質(zhì)的量：0.006 0.05 0.052 0.001 0.002

根據(jù)圖象，X的體積是Y的2倍。故Y為N2。

（5）NO2、N2O4共存，二者存在轉(zhuǎn)化平衡，用NO2模擬實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。