Question

【題目】“綠水青山就是金山銀山”，研究NO2、NO、CO、NO2-、碳?xì)浠�合物大氣污染物和水污染物的處理�?duì)建設(shè)美麗中國(guó)具有重要意義。

（1）已知:汽車(chē)尾氣中的CO、NOx、碳氮化合物是大氣污染物。使用稀土等催化劑能將CO、NO轉(zhuǎn)化成無(wú)毒物質(zhì)。

已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol K1(該反應(yīng)的平衡常數(shù))

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221kJ/mol K2(同上)

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5kJ/mol K3(同上)

寫(xiě)出NO(g)與CO(g)催化轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式_________，以及該熱化學(xué)方程式的平衡常數(shù)K=________(用K1、K2、K3表示)

（2）污染性氣體NO2與CO在一定條件下的反應(yīng)為:2NO2+4CO4CO2+N2 △H=-1200kJ/mol。

①某溫度下，在2L密閉容器中充入0.lmolNO和02m1CO，此時(shí)容器的壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓，5秒時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的29/30，則反應(yīng)開(kāi)始到平衡時(shí)NO2的平均反應(yīng)速率v(NO2)=_________mol/(L·s)。

②若此溫度下，某時(shí)刻測(cè)得NO2、CO、CO2、N2的濃度分別為1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、amol/L，要使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，a的取值范圍_________。

③能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的是_______。

A.及時(shí)分離出CO2 B.適當(dāng)升高溫度

C.減小容器體積使體系壓強(qiáng)增大 D.選擇高效催化劑

（3）電化學(xué)降解NO2-的原理如下圖:

①電源的正極是___(填A或B)，陰極反應(yīng)式為___________。

②若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了3mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差為______g。

Answer 1

【答案】 2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1 K=(K32·K1)/K2 0.002 a>25/8（或a>3.125） B A 16

【解析】（1）NO(g) 與CO(g)催化轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的反應(yīng)可以由③×2-①-②得到，△H=△H3×2-△H1-△H2=-393.5-180.5-（-221）=-746.5因此熱化學(xué)方程式為：2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1。此反應(yīng)的K值也做相應(yīng)的變換K=K32/K2 .K1

（2）①設(shè)達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度改變x，則：

2NO2 + 4CO 4CO2 + N2

起始(mol）： 0.1 0.2 0 0

改變(mol）： x 2x 2x 1/2x

平衡(mol）： 0.1-x 0.2-2x 2x 1/2x

故=，解得x=0.02，v(NO2)= 0.02/5×2=0.002mol/(L·s)

此溫度下，某時(shí)刻測(cè)得NO2、CO、CO2、 N2的濃度分別為1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、a mol/L，要使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行則=a×0.14/0.44×12＜0.024×0.005/0.042/0.084,解得a>25/8③A.及時(shí)分離出CO2 可使平衡向正向移動(dòng)，反應(yīng)速率不會(huì)增大，A錯(cuò)誤。B.適當(dāng)升高溫度，可增大反應(yīng)速率，此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升溫逆向移動(dòng)，B正確。C.減小容器體積使體系壓強(qiáng)增大，平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)。C錯(cuò)誤。D.選擇高效催化劑，只改變反應(yīng)速率，對(duì)平衡沒(méi)有影響，D錯(cuò)誤，本題正確選項(xiàng)為B。（3）①根據(jù)電化學(xué)降解NO2-的原理圖可知，Ag/Pt電極上NO2-轉(zhuǎn)化為N2，氮元素化合價(jià)從+3價(jià)降為0價(jià)，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，作為陰極，則電源B為負(fù)極，A為正極。陰極反應(yīng)式為2NO2-+6e-+4H2O=N2↑+8OH-或2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O②根據(jù)圖示裝置，陽(yáng)極反應(yīng)為2H2O-4e－=O2↑+4H＋，轉(zhuǎn)移3mol電子時(shí)，陽(yáng)極消耗1.5mol水，產(chǎn)生3molH+進(jìn)入陰極室，陽(yáng)極室質(zhì)量減少27g；陰極反應(yīng)為2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O，陰極室中放出0.5molN2（14g），同時(shí)有3molH+（6g）進(jìn)入陰極室，因此陰極室質(zhì)量減少11g，膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m左-△m右）＝27g-11g＝16g。