Question

（16分）汽車尾氣是城市空氣的主要污染物之一，其主要有害成分是CO、氮氧化物（NOx）等。

（1）NOx產(chǎn)生的原因之一是汽車發(fā)動機工作時引發(fā)N2和O2反應，其能量變化值如右圖所示，

則：N2(g)＋O2(g)2NO(g) △H=　　 。

（2）汽車尾氣中CO、NOx的有效消除成為環(huán)保領域的重要課題。某研究小組在實驗室用某新型催化劑對CO、NO催化轉化進行研究，測得NO轉化為N2的轉化率隨溫度、CO混存量的變化情況如下圖一。

① NO與CO混存時，相互反應的化學方程式為 。

② 1000K，n(NO)/n(CO)=5:4時，NO的轉化率為75%，則CO的轉化率約為 。

③ 由于n(NO)/n(CO)在實際過程中是不斷變化的，保證NO轉化率較高的措施是將溫度大約控制在 K之間。

（3）汽車尾氣中NOx有望通過燃料電池實現(xiàn)轉化。已經(jīng)有人以 NO2、O2和熔融NaNO3制成了燃料電池，其原理如圖二。

① 圖中石墨Ⅱ為電池的 極。

② 在該電池使用過程中，石墨I電極上的產(chǎn)物是氧化物Y，其電極反應式為 。

（4）甲醇也可用于燃料電池。工業(yè)上采用反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0合成甲醇。

① 在恒容密閉反應器中，H2的平衡轉化率與溫度、壓強的關

系如圖三所示，則A、B、C三點處對應平衡常數(shù)(KA、KB、KC)的

大小關系為 。

② 某高溫下，將6molCO2和8molH2充入2L密閉容器中發(fā)生

反應，達到平衡后測得c(CO2)=2.0mol·L-1，則該溫度下反應的平

衡常數(shù)值為 。

 

Answer 1

(16分，每空2分)

（1） +183 kJ·mol－1 （2分，未寫單位、未寫“+”均扣1分）

（2）①2CO+2NO＝N2 +2CO2（2分，未配平扣1分）； ②93%（按NO轉化率算得結果為93.75%，但因受NO自身分解的影響，實際值會與計算值有差距，所以回答93.75%及相近的值都給分） ③800—900

（3）正 NO2＋NO3－ －e－ ＝N2O5

（4）①KA＝KB>KC ②1/2

【解析】

試題分析：（1）由圖可知，氮氣分子的共價鍵斷裂需要吸收945kJ的能量，氧氣分子的共價鍵斷裂需要吸收498kJ的能量，而2N與2O結合成2個NO分子放出1260kJ的能量，所以△H=945+498-1260=+183kJ/mol；

（2）①NO與CO混存時，生成氮氣和二氧化碳，化學方程式為2CO+2NO＝N2 +2CO2；

②1000K，n(NO)/n(CO)=5:4時，NO的轉化率為75%，設NO的物質(zhì)的量是5mol，則CO的物質(zhì)的量是4mol,消耗NO的物質(zhì)的量是5mol×75%=3.75mol，則消耗CO 的物質(zhì)的量是3.75mol，所以CO的轉化率為3.75mol/4mol×100%=93.75%；

③由圖一可知無論n(NO)/n(CO)為何值，800-900K時NO的轉化率較高，超過900K，盡管有CO存在時的NO的轉化率仍在升高，但無CO時NO的轉化率卻在下降，所以最適宜的溫度是800-900K之間；

（3）氧氣發(fā)生還原反應，所以通入氧氣的極是電池的正極；石墨I通入的是二氧化氮氣體，發(fā)生氧化反應，二氧化氮中N元素的化合價是+4價，N元素化合價升高只能升高到+5價，所以氧化物Y是N2O5，電極反應式為NO2＋NO3－ －e－ ＝N2O5

（4）①A、B點的溫度相同，所以平衡常數(shù)相同；C點溫度高于B，溫度升高，對正反應不利，平衡產(chǎn)生減小，所以三者的大小關系是KA＝KB>KC；

②6molCO2和8molH2充入2L密閉容器中發(fā)生CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 平衡后測得c(CO2)=2.0mol·L-1，則消耗二氧化碳的濃度是1mol/L,消耗氫氣的濃度是3mol/L，生成的甲醇和水蒸氣的濃度都是1mol/L,氫氣的平衡濃度是mol/L,所以K=c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c(H2)3=1/2

考點：考查反應熱的計算，化學平衡常數(shù)的判斷及計算，電化學理論的應用