【題目】氮的氧化物是大氣污染物,可以通過以下方法處理:

I.催化還原法:在汽車排氣管上安裝一個催化轉(zhuǎn)化器,發(fā)生反應(yīng):

2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g) △H1

(1)已知:①N2(g) +O2(g)2NO(g) △H2=+180kJ/mol

②CO與O2 反應(yīng)相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:

化學(xué)鍵

O=O

C=O

C≡O(shè)

鍵能/(kJ/mol)

497

803

1072

則△H1=__________

(2)在一定溫度下,向容積為1L的密閉容器中充入2 molNO、1molCO,10min時反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)達到平衡狀態(tài),反應(yīng)過程中反應(yīng)物濃度隨時間變化情況如圖1所示:

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);前10min內(nèi)用氮氣表示的平均反應(yīng)速率為______。

②若保持其他條件不變,15min時再向該容器中充入少量N2,則此時反應(yīng)的v______ v(填“>”、“=”或“<”),原因是____________。

③若保持其他條件不變,15min時壓縮容器的容積至0.5L,20min時反應(yīng)重新達到平衡,則此時NO的濃度對應(yīng)的點應(yīng)是圖1中的______(填字母)。

④某科研小組研究發(fā)現(xiàn)以Ag-ZSM-5為催化劑,NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖2 所示。若不使用CO,溫度超過775 K,發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低,其可能的原因是______。

II.利用電化學(xué)原理,將NO2、O2 和熔融KNO3制成燃料電池,其原理如圖3。

(3)該電池在工作過程中NO2轉(zhuǎn)變成綠色硝化劑Y,Y 是一種氧化物,可循環(huán)使用,石墨I附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為______。相同條件下,消耗的O2 和NO2 的體積比為______。

【答案】 -751kJ/mol 0.0347 0.02mol/(L·min) < 生成物濃度增大,平衡逆向移動 B NO的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度有利于反應(yīng)逆向進行 NO2-e-+NO3-=N2O5 1:4

【解析】(1)將上面兩個熱化學(xué)方程式相加可得:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) H=H1+ H2,根據(jù)反應(yīng)的焓變等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能有H1+180 kJ/mol

=(497+1072×2-4×803)kJ/mol,所以H1=-751 kJ/mol。

(2) ①由圖象1可知,平衡時CO物質(zhì)的量濃度為0.6mol/L,所以CO的物質(zhì)的量濃度減少0.4mol/L,則平衡時NO的物質(zhì)的量濃度為2mol/L-0.4mol/L=1.6mol/L,N2CO2的物質(zhì)的量濃度分別為0.2mol/L0.4mol/L,所以K= =0.0347;v(N2)=0.2mol/L÷10min=0.02mol/(L·min)

15min時反應(yīng)已達平衡,再向該容器中充入少量N2,生成物的濃度增大,逆反應(yīng)速增大,正反應(yīng)速率不變,平衡逆向移動,故v<v,答案為:<、 生成物濃度增大,平衡逆向移動。

其他條件不變,15min時壓縮容器的容積至0.5L,若平衡不移動,NO的物質(zhì)的量濃度變?yōu)?/span> 3.2 mol/L,但增大壓強平衡將正向移動,故NO的物質(zhì)的量濃度小于3.2mol/L,用極值法考慮,若CO全部反應(yīng)完則剩余的NO的物質(zhì)的量為1mol,物質(zhì)的量濃度為2mol/L,所以達到新平衡時NO的物質(zhì)的量濃度處于2mol/L3.2mol/L之間,故對應(yīng)的點應(yīng)是圖1中的B點。

④由已知信息N2(g)+O2(g)2NO(g) H2=+180kJ/mol,可知NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng): 2NO(g) N2(g)+O2(g) H2=-180kJ/mol,溫度升高,平衡逆向進行,NO的轉(zhuǎn)化率降低。

(3)燃料NO2所在電極石墨I為負極,失去電子,Y是氧化物可循環(huán)使用,可知YN2O5,故石墨I附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為:NO2-e-+NO3-=N2O5;負極NO2失去電子生成N2O5,N元素的化合價升高1,正極O2得到電子,O元素的化合價降低4,根據(jù)得失電子守恒可知相同條件下,消耗的O2NO2的體積比為1:4。

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C.a曲線變?yōu)閎曲線,平衡時H2O2的轉(zhuǎn)化率增大
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