Question

【题目】氮氧化物是环境污染物，研究氮氧化物转化有重要的意义。

回答下列问题

(1)催化转化器可使汽车尾气反应而转化：

2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H

已知：N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H1= a kJ·mol－1

2C(s)+O2(g)==2CO(g) △H2= b kJ·mol－1

C(s)+ O2(g)=CO2(g) △H3= c kJ·mol－1

△H=___________ kJ·mol－1(用含a、b、c的代数式表示)

(2)T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中发生尾气转化反应，容器中NO物质的量随时间变化如图所示。

①T℃时，该化学反应的平衡常数K=___________。

②下列事实无法判断汽车尾气转化反应达到到化学平衡状态的是___________；

A.NO消耗速率等于N2消耗速率的2倍 B.混合气体平均相对分子质量不再变化

C.体系中NO的转化率和CO的转化率相等 D.气体的密度不再变化

③已知汽车尾气转化反应的△H<0。10min后，改变下列示意图横坐标对应的反应条件，纵坐标对应的量变化关系正确的是___________。(填序号)

(3)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为：

第一步I2(g)2I(g)(快反应)

第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)

第三步IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)

实验表明，含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是___________(填标号)。

A.N2O分解反应中，k值与是否含碘蒸气无关

B.第二步对总反应速率起决定作用

C.第二步活化能比第三步小

D.IO为反应的中间产物

(4)碱吸收、碳还原是目前工业生产中处理氮氧化物的常用方法。

①碱吸收的常见产物为NaNO2。常温下，pH=8的NaNO2溶液中c(Na+)－c(NO2－)=___________mol·L－1(用精确值表示)

②碳还原法是在高温条件下将NO与NO2混合气体与焦炭反应，生成CO和N2。已知，采用碳还原法处理某工厂氮氧化物废气时，生成的CO与N2的物质的量之比为4︰3。则该工厂尾气中NO和NO2的物质的量比为___________。

Answer 1

【答案】2c-a-b 2.5 CD bc BD 9.9×10-7或10-6-10-8 2:1

【解析】

(1)利用盖斯定律计算；

(2)①三行式法进行计算；

②当反应过程中的变量不再发生改变，说明反应达到了平衡，可以作为判断是否达到平衡状态的依据；如果在反应过程中，一直是定值不可作为判断是否达到平衡状态的依据;

③a.平衡常数只与温度有关；b.当反应物为两种或两种以上时，增加反应物的浓度，平衡正向移动，但增加的反应物转化率下降，其他反应物转化率上升；c. △H的大小与投入量无关；d.升温平衡吸热方向移动.

(3)A.碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,因此碘蒸气存在影响k，故A不正确；

B.第二步反应慢 所以对总反应速率起决定作用，故B正确；

C.第二步反应比第三步反应慢，说明第二步活化能大，故C不正确；

D.IO为反应的中间产物，故D正确；

(4)①电荷守恒法进行计算;

②利用原子守恒和氧化还原反应得失电子数相等列等式。

(1)利用盖斯定律，

2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H

已知：N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H1= a kJ·mol－1 ①

2C(s)+O2(g)==2CO(g) △H2= b kJ·mol－1 ②

C(s)+ O2(g)=CO2(g) △H3= c kJ·mol－1 ③

2×③- ①-②得2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=（2c-a-b）kJ·mol－1

正确答案：2c-a-b

(2)①三行式法进行计算；

2NO(g) + 2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

c（初） 0.4 0.4 0 0

△c 0.2 0.2 0.1 0.2

c（平衡）0.2 0.2 0.1 0.2

K==2.5

正确答案：2.5

②当反应过程中的变量不再发生改变，说明反应达到了平衡，可以作为判断是否达到平衡状态的依据；如果在反应过程中，一直是定值不可作为判断是否达到平衡状态的依据;A.NO消耗速率等于N2消耗速率的2倍,说明正反应速率和逆反应速率相等，达到平衡；B.正反应方向是气体分子数减少的反应，故正反应使混合气体的平均相对分子质量增大。当混合气体平均相对分子质量不再变化时，达到平衡；C.体系中NO的转化率和CO的转化率相等，不能说明转化率不再发生变化，故无法判断是否达到平衡状态；D.该反应是在恒温恒容条件下进行的，气体的质量和体积均保持不变，故气体的密度保持不变。当气体的密度不再变化时，无法判断该反应是否达到平衡状态。

综上所述，无法判断汽车尾气转化反应达到到化学平衡状态的是：CD。

③a.平衡常数只与温度有关，故a不正确；

b.当反应物为两种或两种以上时，增加反应物的浓度，平衡正向移动，但增加的反应物转化率下降，其他反应物转化率上升，故b正确；

c. △H的大小与投入量无关，故c正确；

d.该反应为放热反应，升温使该反应的化学平衡向吸热方向移动、CO的转化率减少，不可能一直增大，故d不正确；

正确答案：bc

(3) A. 碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率，根据题中信息，K为有碘蒸气存在时的N2O分解速率的速率常数，若没有碘存在，K就没有意义了，因此K的取值与碘蒸气有关，故A不正确；

B.第二步反应慢 所以对总反应速率起决定作用，故B正确；

C.第二步反应比第三步反应慢，说明第二步活化能大，故C不正确；

D.从总反应N2O(g)→N2(g)+O2(g)来看，IO在反应前没有、反应后也没有，故其为反应的中间产物，故D正确；

正确答案：BD。

(4) ① 常温下pH=8的溶液中氢离子浓度为1×10-8molL-1，氢氧根离子浓度为1×10-6molL-1，由电荷守恒可c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（NO2-）可知：c（Na+）-c（NO2-）=c（OH-）-c（H+）=1×10-6mol/L-1-10-8mol/L≈9.9×10-7molL-1

正确答案：9.9×10-7或10-6-10-8

②设NO为xmol,NO2为ymol；列方程组：根据氮原子守恒2（x+y）=6① 根据得失电子数相等2×4=2x+4y②；①②联立可得：x=2，y=1，则该工厂尾气中NO和NO2的物质的量比为2:1.

正确答案：2:1