Question

2013年12月杭州多日被雾霾笼罩，有报道称雾霾颗粒中汽车尾气占20%以上．已知汽车尾气中的主要污染物为NO_x、CO、燃烧源超细颗粒（PM2.5）等有害物质．目前，已研究出了多种消除汽车尾气污染的方法．
Ⅰ．在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NO_X的排放．
已知：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ?mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ?mol^-1
（1）尾气转化的反应之一：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
（2）已知：N₂、O₂分子中化学键的键能分别是946kJ?mol^-1、497kJ?mol^-1，则NO分子中化学键的键能为

 

kJ?mol^-1．
（3）当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率．图1表示在其他条件不变时，反应：
2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）中NO的浓度[c（NO）]随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图1中画出c（NO）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
Ⅱ．还原法．用活性炭还原法处理氮氧化物．有关反应为：C（s）+2NO（g）N₂（g）+CO₂ （g）△H．某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T₁℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol?L-1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

（1）T₁℃时，该反应的平衡常数K=

 

（保留两位小数）．
（2）30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是

 

．
（3）若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为 5：3：3，则该反应的
△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
Ⅲ．变废为宝．
（1）CO可用于合成CH₃OH，反应方程式为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），在一定温度压强下（甲醇为气体），在容积为2L的密闭容器中通入0.2mol CO与0.4mol H₂，达平衡时CO的转化率50%，再加入1.0mol CO后重新达到平衡，则CO的转化率

 

（填“增大”、“不变”或“减小”），CH₃OH的体积分数

 

（填“增大”、“不变”或“减小”）；
（2）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图2所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物 Y，有关电极反应可表示为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：Ⅰ．（1）根据盖斯定律来解答；
（2）根据旧键断裂吸收的能量减去新键生成释放的能量值即为反应热；
（3）催化剂的表面积S₁＞S₂，则催化剂S₁到达平衡的时间比催化剂S₂短，催化剂不影响平衡移动，平衡时NO的浓度相同，据此作图．
Ⅱ．Ⅰ（1）当20-30min时，各物质的物质的量不变，则反应达到平衡状态，根据K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

计算；
（2）根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质；
（3）根据浓度比值的变化来确定移动方向；
Ⅲ．（1）根据增加一种物质的浓度，会提高另一种物质的转化率，但本身的转化率降低，CH₃OH的体积分数减少；
（2）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应；

解答： 解：Ⅰ．（1）a：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
b：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
c：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
根据盖斯定律，由2c-a-b得到：NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
故答案为：-746.5 kJ/mol；
（2）反应N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ?mol^-1，可设NO分子中化学键的键能为X，则有：946kJ?mol^-1+497kJ?mol^-1-2X=180.5kJ?mol^-1，得：X=632.25kJ?mol^-1，
故答案为：631.25；
（3）催化剂的表面积S₁＞S₂，则催化剂S₁到达平衡的时间比催化剂S₂短，催化剂不影响平衡移动，平衡时NO的浓度相同，故c（NO） 在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：；故答案为：；                
Ⅱ．（1）当20-30min时，各物质的物质的量不变，则该反应达到平衡状态，K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56；
故答案为：0.56；
（2）根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质；
故答案为：分离出了二氧化碳；
（3）30min时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则平衡向逆反应方向移动，所以逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，则△H＜0；
故答案为：＜；
Ⅲ．（1）加入1.0molCO后重新达到平衡，则CO的转化率降低，H₂转化率升高，CH₃OH的体积分数减少；
故答案为：减少；减少；
（2）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；

点评：本题主要考查反应热的计算、化学平衡常数、影响化学平衡的因素、化学平衡图象以及电极反应方程式的书写等，难度不大，（3）中注意根据“先拐先平数值大”原则判断温度高低是关键，作图时注意到达平衡的时间与平衡时NO的浓度．