Question

6．汽車尾氣排放的一氧化碳、氮氧化物等氣體已成為大氣污染的主要來源．根據(jù)下列示意圖1回答有關(guān)問題：

（一）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1，其能量變化示意圖2如：
則NO中氮氧鍵的鍵能為632kJ•mol^-1．
（二）催化裝置中涉及的反應(yīng)之一為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．
（1）①探究上述反應(yīng)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強、溫度的關(guān)系，得到圖3所示的曲線．催化裝置比較適合的溫度和壓強是400K，1MPa．
②測試某型號汽車在冷啟動（冷啟動指發(fā)動機水溫低的情況下啟動）時催化裝置內(nèi)CO和NO百分含量隨時間變化曲線如圖4所示．則前10s 內(nèi)，CO和NO百分含量沒明顯變化的原因是尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應(yīng)的溫度）．
（2）為了模擬催化轉(zhuǎn)化器的工作原理，在t℃時，將2molNO與1mol CO充入1L反應(yīng)容器中，反應(yīng)過程中NO（g）、CO（g）、N₂（g）的物質(zhì)的量濃度變化如圖5所示，
①則反應(yīng)進行到10min時，NO的平均反應(yīng)速率為0.04mol•L^-1•min^-1．
②15min～25min內(nèi)NO、CO、N₂的濃度發(fā)生了變化，引起該變化的條件是降低溫度．③當25min達到平衡后，若保持體系溫度為t℃，再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，平衡將向左移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
（三）利用活性炭涂層排氣管處理NO_x的反應(yīng)為：xC（s）+2NO_x（g）?N₂（g）+xCO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1．若使NO_x更加有效的轉(zhuǎn)化為無毒尾氣排放，以下措施理論上可行的是AD．
A．增加排氣管長度                  B．增大尾氣排放口
C．升高排氣管溫度                  D．添加合適的催化劑．

Answer 1

分析 （一）△H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和；
（二）（1）①綜合考慮NO的轉(zhuǎn)化率和成本；
②汽車冷啟動時的尾氣催化處理CO、NO百分含量隨時間變化曲線變化分析，開始的氣體含量變化不大，說明溫度低，催化劑的作用未起作用；
（2）①根據(jù)V=$\frac{△n}{\frac{V}{△t}}$來計算；
②根據(jù)氮氣的變化來確定NO、CO的變化；結(jié)合圖象根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響來判斷；
③再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，分母增加的幅度大，導(dǎo)致Q_C減小由此確定平衡移動方向；
（三）A．增加排氣管長度，增大了相當于增大了固體的接觸面積，加快了化學(xué)反應(yīng)速率，對平衡無影響；
B．增大尾氣排放口，對反應(yīng)速率和平衡不產(chǎn)生影響；
C．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NO_x轉(zhuǎn)化；
D．添加合適的催化劑，加快化學(xué)反應(yīng)速率，對平衡無影響．

解答 解：（一）設(shè)NO中氮氧鍵的鍵能為x，△H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=（946+498）kJ•mol^-1-2×x=180kJ•mol^-1，解得x=632 kJ•mol^-1，
故答案為：632；
（二）（1）①由圖2可知，等壓條件下，溫度越低，NO的轉(zhuǎn)化率越高，因此溫度選400K，同溫下，NO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高變化不大，所以選用較為經(jīng)濟的1MPa，
故答案為：400K，1MPa：
②汽車冷啟動時的尾氣催化處理CO、NO百分含量隨時間變化曲線變化分析，開始的氣體含量變化不大，說明溫度低，催化劑的作用未起作用；證明反應(yīng)未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應(yīng)的溫度）；
故答案為：尚未達到催化劑工作溫度（或尚未達到反應(yīng)的溫度）；
（2）①由圖象可知在10min內(nèi)NO的物質(zhì)的量變化0.4mol，則NO的平均反應(yīng)速率為=$\frac{0.4}{\frac{1}{10}}$mol•L^-1•min^-1₌0.04mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.04mol•L^-1•min^-1；
②由圖象可知，15min～25min內(nèi)NO、CO濃度在減少，N₂的濃度在增加，平衡向正反應(yīng)方向移動，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，
故答案為：降低溫度；
③化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積，所以K=$\frac{{C}^{2}（C{O}_{2}）•C（{N}_{2}）}{{C}^{2}（NO）•{C}^{2}（CO）}$，由平衡常數(shù)表達式可知一氧化氮的系數(shù)是2次方，所以再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，分母增加的幅度大，導(dǎo)致Q_C減小，即平衡逆向移動，即向左移動，
故答案為：向左；
（三）xC（s）+2NO_x（g）?N₂（g）+xCO₂ （g）△H=-b kJ•mol^-1．此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
A．增加排氣管長度，增大了相當于增大了固體的接觸面積，加快了化學(xué)反應(yīng)速率，故A正確；
B．增大尾氣排放口，對反應(yīng)速率和平衡不產(chǎn)生影響，故B錯誤；
C．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NO_x轉(zhuǎn)化，故C錯誤；
D．添加合適的催化劑，加快化學(xué)反應(yīng)速率，故D正確；
故答案為：AD．

點評 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)熱的計算、反應(yīng)自發(fā)性的判斷、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響因素與圖象的關(guān)系、平衡常數(shù)的計算等知識，為高頻考點，其中（4）③是難點，題目難度中等．