Question

【题目】氮的氧化物是严重的大气污染物，可以通过以下方法处理：

Ⅰ．催化还原法：如在汽车排气管上安装一个催化转化器，发生如下反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

（1）已知：N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180kJ/mol

化学键	O=O	C=O	C≡O
键能(kJ/mol)	497	803	1072

则反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=________kJ/mol。

（2）在一定温度下，向体积为1L的密闭容器中充入2molNO、1molCO，10分钟时反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)达到平衡状态，反应过程中反应物浓度随时间变化情况如图1所示。

①该反应的平衡常数K的计算式为___________________；前10分钟内用氮气表示的反应速率为____________________。

②若保持温度不变，15分钟时再向该容器中充入1.6molNO、0.4molCO2，则此时反应的

ν正________ν逆(填“＞”、“=”或“＜”)。

③若保持其他条件不变，15min时压缩容器的体积至0.5L，20分钟时反应重新达到平衡，NO的浓度对应的点应是图1中的________(填字母)。

④某科研小组研究发现以Ag-ZSM-5为催化剂，NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图2所示。若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因是_________________________________________。

Ⅱ．利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，其原理如图3，该电池在工作过程中NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是一种氧化物，可循环使用，石墨Ⅱ是电池的___极，石墨Ⅰ附近发生的反应电极反应式为______________________相同条件下，消耗的O2和 NO2的体积比为__________。

Answer 1

【答案】 ﹣751 0.02mol/（Lmin） = B NO的分解反应为放热反应，升高温度有利于反应逆向进行 正 NO2﹣e﹣+NO3﹣═N2O5 1：4

【解析】Ⅰ．（1）反应焓变=反应物总键能-生成物总键能，则②2CO（g）+O2（g）2CO2（g）△H=(497+2×1072-803×4)kJ/mol=-571kJ/mol；依据盖斯定律：②2CO（g）+O2（g）2CO2（g）△H=(497+2×1072-803×4)kJ/mol=-571kJ/mol，①N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180kJ/mol，则②-①得：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，则其焓变值△H＝-571kJ/mol-180kJ/mol=-751kJ/mol；

（2）① 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

起始浓度：mol/L 2 1 0 0

转化浓度：mol/L 0.4 0.4 0.4 0.2

平衡浓度：mol/L 1.6 0.6 0.4 0.2

该反应平衡常数表达式K＝，10min内N2平均反应速率v（N2）＝0.2mol/L÷10min＝0.02mol/（Lmin）；

②若保持温度不变，15min时再向该容器中充入1.6molNO、0.4molCO2，则此时c（NO）＝3.2mol/L；c（CO）＝0.6mol/L；c（CO2）＝0.8mol/L；c（N2）＝0.2mol/L；反应的浓度商为： ，说明反应达到平衡，则V正＝V逆；③若保持其条件不变，15min时压缩容器至0.5L时反应重新达到平衡，加压平衡逆向移动，一氧化氮浓度增加，依据可逆反应特点，利用极值可知当CO全部反应，则平衡后一氧化氮浓度为3mol/L，所以一氧化氮浓度应介于2mol/L和3mol/L之间，答案选B；④依据2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H＜0，可知反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，有利于反应逆向进行，所以NO的分解率降低；

Ⅱ．该燃料电池中负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2﹣e﹣+NO3﹣＝N2O5，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2+2N2O5+4e-＝4NO3-，1mol氧气得到4mol电子，1mol二氧化氮失去1mol电子，要使得失电子守恒：则消耗的O2和NO2的体积比为1：4。