Question

6．2015年九月末爆發(fā)的德國大眾柴油車尾氣排放作弊事件引起了公眾的關(guān)注．柴油車尾氣中常含有大量氮氧化物，通常會采用噴射尿素溶液的方法，將有毒的氮氧化物還原成無污染的物質(zhì)．大眾選擇了一種違規(guī)做法，即在客戶平時用車時不開啟噴射尿素的尾氣后處理系統(tǒng)，而是通過軟件讓這一系統(tǒng)只在尾氣排放檢測時啟動
Ⅰ、通過NO_x傳感器可監(jiān)測空氣的NO_x的含量，其工作原理圖如圖1，寫出NiO電極的電極反應(yīng)式NO+O^2--2e^-=NO₂；

Ⅱ、以CO₂與NH₃為原料可合成尿素[化學(xué)式為CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂ NH₄（s）+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）-44.0kJ•mol^-1
（1）寫出CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（2）恒溫下將0.8molNH₃和0.4molCO₂放入容積為4L的密閉容器中，反應(yīng)生成NH₂CO₂NH₄（s），t₁時達(dá)到平衡．則平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率是75%．若其他條件不變，t₁時將容器體積壓縮到2L．請畫出t₁后c（CO₂）隨時間t變化曲線（如圖2）（t₂達(dá)到新的平衡）．
Ⅲ、尿素在一定溫度下可分解生成NH₃，NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．已知：
反應(yīng)a：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）
反應(yīng)b：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）
反應(yīng)c：4NH₃（g）+6NO₂（g）═5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）
（1）相同條件下，反應(yīng)a在2L密閉容器內(nèi)，選用不同的催化劑，反應(yīng)產(chǎn)物N₂的量隨時間變化如圖3所示．下列說法正確的是CD．
A．該反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．增大壓強(qiáng)能使反應(yīng)速率加快，是因為增加了活化分子百分?jǐn)?shù)
C．單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)K值不變時，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
（2）一定條件下，反應(yīng)II達(dá)到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它條件不變時，再充入NO₂氣體，NO₂體積分?jǐn)?shù)變大（填“變大”、“變小”或“不變”）；
（3）恒溫恒容容器中，反應(yīng)c達(dá)到平衡；若起始投料相同，起始溫度和壓強(qiáng)相同，若反應(yīng)在恒溫恒壓容器中進(jìn)行，則NH₃的轉(zhuǎn)化率將變大（填“變大”、“變小”或“不變”）．

Answer 1

分析 I、NiO電極上NO失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化氮；
Ⅱ、（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，根據(jù)壓強(qiáng)對反應(yīng)速率的影響畫出t1后c（CO₂）隨時間t變化趨勢曲線；
III、（1）A．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低；
B．改變壓強(qiáng)，活化分子百分?jǐn)?shù)不變；
C．單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡；
D．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)時溫度會升高，則K會減��；
（2）恒溫恒容條件下，反應(yīng)b達(dá)到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2，再充入NO₂氣體，NO₂體積分?jǐn)?shù)變大；
（3）恒壓容器中壓強(qiáng)大于恒容容器中，平衡正向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率增大．

解答 解：I、NiO電極上NO失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化氮，NiO為負(fù)極，所以電極反應(yīng)式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，
故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂；
Ⅱ、（1）：①2NH₃（g）+CO₂（g）→NH₂CO₂ NH₄（s）+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）→CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）→H₂O（g）-44.0kJ•mol^-1
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（2）2NH₃+CO₂?NH₂CO₂NH₄，
起始量（mol/L） 0.8          0.4           0
變化量（mol/L）0.6          0.3            0.3
平衡量（mol/L） 0.2         0.1           0.3
CO₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.3mol}{0.4mol}$×100%=75%；
保持其他條件不變，t₁時將容器體積壓縮到2L，t₁時二氧化碳的濃度立刻增大為原先的2倍，即由0.025mol變?yōu)?.05mol，之后平衡向著正向移動，二氧化碳濃度減小，直至t₂時達(dá)到新的平衡，t₂時二氧化碳的濃度一定大于0.025mol，則t₁后c（CO₂）隨時間t變化趨勢曲線為，
故答案為：75%；；
III、（1）A．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低，所以該反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A錯誤；
B．增大壓強(qiáng)能使反應(yīng)速率加快，是因為增大了活化分子數(shù)，而活化分子百分?jǐn)?shù)不變，故B錯誤；
C．單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，則消耗的NH₃和消耗的水的物質(zhì)的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故C正確；
D．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)時溫度會升高，則K會減小，當(dāng)K值不變時，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故D正確；
故答案為：CD；
（2）恒溫恒容條件下，反應(yīng)b達(dá)到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2，再充入NO₂氣體，雖然平衡逆向移動，但NO₂體積分?jǐn)?shù)還是變大，
故答案為：變大；
（3）正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，容器壓強(qiáng)恒定，相當(dāng)于在恒容的條件下增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，NH₃的轉(zhuǎn)化率變大，
故答案為：變大．

點評 本題考查化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)影響因素、反應(yīng)速率計算、平衡狀態(tài)的判斷、平衡圖象的描繪，反應(yīng)熱計算，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力、題目難度中等．