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，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 NO2-e-+NO3-═N2O5 1:4

【解析】

(1)反应焓变=反应物总键能-生成物总键能；①N2(g)+O2(g)2NO(g)；②2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)；①+②得：③2CO(g)+O2(g)2CO2(g)，依据反应焓变=反应物总键能-生成物总键能计算该反应的焓变；依据盖斯定律②=③-①计算2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H；

(2)①依据方程式2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)，结合图象，列三段，表示出平衡时各物质的物质的量浓度，依据平衡常数表达式解答；v(N2)=计算10min内N2平均反应速率；

②若保持温度不变，15min时再向该容器中充入NO1.6mol、CO20.4mol，计算此时，反应的浓度商与K比较判断反应进行方向；

③若保持其条件不变，15min时压缩容器至0.5L时，加压平衡逆向移动；

④依据2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H＜0，可知反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动；

(3)该燃料电池中，负极上通入NO2，正极上通入O2，根据电解质知，负极电极反应式为NO2-e-+NO3-═N2O5，正极电极反应式为O2+2N2O5+4e-═4NO3-，据此分析解答。

(1)反应焓变=反应物总键能-生成物总键能，则③2CO(g)+O2(g)2CO2(g)，△H3=497+2×1072-803×4=-571kJ/mol；依据盖斯定律：③2CO(g)+O2(g)2CO2(g)△H3=-571kJ/mol；①N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180kJ/mol；则③-①得：②2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)，则其焓变值△H2=△H3-△H1=-571-180=-751kJ/mol；

(2)①在一定温度下，向体积1L的密闭容器中充入2molNO，10min时反应：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)达到平衡状态，由图象1可知，平衡时CO物质的量度为0.6mol/L，则：

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

②若保持温度不变，15min时再向该容器中充入NO1.6mol、CO20.4mol，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mol/L之间，故答案为B；

④依据2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(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；

(3)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-，所以NO3-向负极移动，即NO3-向石墨Ⅰ；依据O2+2N2O5+4e-═4NO3-，可知1mol氧气得到4mol电子，依据NO2-e-+NO3-═N2O5，1mol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。