Question

燃煤废气、汽车尾气中的氮氧化物（NO_x）、一氧化碳等有害气体，常用下列方法处理，以减少对环境的污染．
（1）对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物，如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
则1molCH₄将NO₂还原为N₂的反应热为

 

；
（2）除氮氧化物及CO外，汽车尾气中还含有碳氢化合物等污染物，如图是汽车尾气转化研究的示意图：

表示的是Pt/Al₂O₃/Ba表面吸附与解吸作用的机理，氮氧化物是NO₂，碳氢化合物是CxHy，写出两者反应的化学方程式：

 

，Pt/Al₂O₃/Ba的作用是

 

；
（3）平衡常数K的数值大小，是衡量化学反应进行程度的标志，K的数值越大，化学反应的限度越大，反应物反应的越充分．在25℃时，下列反应的平衡常数如下：
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）K₁=1×10^-30㈠
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g） K₂=2×10⁸¹㈡
2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）K₃=4×10^-92㈢
①常温下，反应2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g） 平衡常数K=

 

；
②关于以上反应，下列说法正确的是

 

A．常温下，NO，H₂O，CO₂三种化合物分解放出氧气的倾向大小顺序：NO＞H₂O＞CO₂
B．若升高温度，反应㈢的平衡常数K₃将增大
C．若只增加压强，且反应物、生成物状态不变，反应㈠平衡不发生移动，平衡常数不变；反应㈡平衡朝正向移动，平衡常数增大
D．若增加汽车发动机空气的进气量，可同时减少氮氧化物和一氧化碳的排放
③基于环保法规，要求改装汽车尾气处理装置，达到使氮氧化物（NO）、一氧化碳转化为无污染、可排放的气体的目的．改装的方法主要是加入有效催化剂，请你根据以上有关数据分析，在不改变其它条件的情况下，可使用催化剂除污染气体的原因：

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）用盖斯定律的原理解答；
（2）从图上可见，CxHy与NO₂反应生成CO₂、N₂、H₂O，书写方程式时，先确定CxHy前的化学计量数，一般定为1，然后，在CO₂和H₂O前面加适当的化学计量数，让C原子H原子个数相同，再依据CO₂和H₂O的化学计量数，在NO₂前加适当的化学计量数，配平O原子，最后是N原子，依据NO₂前的化学计量数配平N₂即可；
催化剂又叫触媒，就是反应物在其表面接触反应，故Pt/Al₂O₃/Ba是催化剂；
（3）①从K的计算公式可见，一个化学反应的K是其逆反应的K的倒数，可求出答案；
②A、分别分析NO，H₂O，CO₂三种化合物分解放出氧气的方程式中的K，K越大放出氧气的倾向越大；
B、CO燃烧是放热反应，则反应（三）吸热，升温时向正向进行程度大；
C、平衡常数只受温度影响；
D、在汽车尾气中，氮氧化物的排放量多少与氧气的多少无关；
③根据以上有关数据，可据盖斯定律分析，NO与CO反应的K值大小，进而解答．

解答： 解：（1）已知
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
据盖斯定律，（①+②）÷2得：
CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，故答案为：-867 kJ?mol^-1；
（2）据图分析CxHy+NO₂→CO₂+N₂+H₂O，令化学计量数为1，为使C、H原子数相等，有CxHy+NO₂→xCO₂+N₂+

y

2

H₂O，再配平O原子，生成物中有O原子（2x+

y

2

），可确定NO₂前的化学计量数，得到CxHy+（x+

y

4

）NO₂→xCO₂+N₂+

y

2

H₂O，最后配平N原子，得CxHy+（x+

y

4

）NO₂=xCO₂+（

x

2

+

y

8

）N₂+

y

2

H₂O，写明条件即可；
催化剂又叫触媒，就是反应物在其表面接触反应，故Pt/Al₂O₃/Ba是催化剂，
故答案为：CxHy+（x+

y

4

）NO₂ 

催化剂  .

xCO₂+（

x

2

+

y

8

）N₂+

y

2

H₂O；催化剂；   
（3）①反应2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）的平衡常数是反应2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）的平衡常数的倒数，为

1

2×1081

=5×10^-82 
故答案为：5×10^-82；
②A、已知
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）K₁=1×10^-30㈠
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g） K₂=2×10⁸¹㈡
③2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）K₃=4×10^-92㈢
①②的逆反应生成氧气，其平衡常数分别为K=

1

1×10-30

=1×10³⁰，K=5×10^-82，③=4×10^-92，K越大向正向进行的程度越大，从各自的K可见，故A正确；
B、CO燃烧是放热反应，则反应（三）吸热，升温时向正向进行程度大，K升高，故B正确；
C、因为平衡常数只受温度影响，故C错误；
D、氮氧化物的排放量多少与氧气的多少无关，故D错误，
故答案为：AB； 
③已知
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）K₁=1×10^-30
②2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）K₃=4×10^-92
据盖斯定律①+②得N₂+2CO₂=2CO+2NO K=K₁×K₃=4×10^-122，其逆反应为2CO+2NO=2CO₂+N₂  K=2.5×10¹²¹，K值越大，反应进行的越完全，从理论上来说，CO与NO能反应完全，
故答案为：反应2CO+2NO=2CO₂+N₂的K=1/K₁K₂=2.5×10¹²¹，K数值很大，反应进行完全，若使用合适催化剂加快反应速率，可以除去污染气体．

点评：本题重点考查了化学平衡常数，从深层次的理解化学平衡常数是解决本题的关键．要熟知化学平衡常数的计算公式，明白化学平衡常数的大小，能够表明反应能够进行的程度．