Question

【題目】為了防止氮氧化物對空氣的污染，人們采取了很多措施。

（1）如用CH4催化還原NO2可以消除氮氧化物的污染，發(fā)生的反應如下： CH4(g)+2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ·mol－1。

①下列有關說法正確的是_________。

A．在容器中充入1mol CH4和2 mol NO2，當體系中n(CH4)/n(NO2)比值不隨時間變化時，反應達到平衡狀態(tài)

B．恒溫恒容時，當混合氣體的密度不隨時間變化時，該反應達到平衡狀態(tài)

C．體系達到平衡后，升高溫度，體系中的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大

D．恒溫恒壓時，充入CH4有利于提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率

②在t2時刻，將容器的容積迅速擴大到原來的2倍，在其他條件不變的情況下，t3時刻達到新的平衡狀態(tài)。請在右圖中補充畫出從t2到t4時刻v正(N2) 隨時間的變化曲線：____________

（2）現(xiàn)有的汽車尾氣處理的原理是：NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g)，通常使含適當比例的NO、CO尾氣通過裝有高效催化劑的處理裝置。請根據(jù)以下相關數(shù)據(jù)，分析僅使用催化劑能否有效消除NO、CO尾氣污染___________。

反應	25℃時的平衡常數(shù)	焓變
反應I：2NO(g) N2(g)＋O2(g)	K1=1×1030	△H=－180.5kJ/mol
反應II：2CO2 (g)2CO(g)＋O2(g)	K2=4×10－92	△H= +566.0kJ/mol

（3）用NH3催化還原NOx也可以消除氮氧化物的污染，其反應原理為：NO(g) +NO2(g)+2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。一定溫度下，在某恒定壓強為P的密閉容器中充入一定量的NO、NO2和NH3，達到平衡狀態(tài)后，容器中含n(NO)=a mol，n(NO2)=2a mol，n(NH3)=2a mol，n(N2)=2b mol，且N2(g)的體積分數(shù)為1/3，請計算此時的平衡常數(shù)Kp=________________。（用只含P的式子表示，且化至最簡式）。（備注：對于有氣體參加的反應，可用某組分的平衡分壓代替物質(zhì)的量濃度計算平衡常數(shù)，記作KP。如p(NO2)為NO2的平衡分壓，p(NO2)=x(NO2)p，p為平衡總壓，x(NO2)為平衡體系中NO2的物質(zhì)的量分數(shù)。）

（4）用間接電化學法對大氣污染物NO進行無害化處理，其原理示意如圖（質(zhì)子膜允許H+和H2O通過），電極I發(fā)生的電極反應為_________________________。

Answer 1

【答案】CD 由反應I和II的平衡常數(shù)，可知2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g)的K= K1/K2＝2.5×10121，該反應向正方向的趨勢很大，使用合適的催化劑加快反應速率，基本上可以除去污染氣體 5625P/4 2HSO3－ + 2e－+ 2H+ = S2O42－+2H2O

【解析】

（1）①根據(jù)達到平衡狀態(tài)時，正反應速率等于逆反應速率；混合物中各組分的百分含量保持不變以及相關的量不變來分析判斷；

②t2時容積擴大到原來的2倍，組分濃度減小，根據(jù)勒夏特列原理，平衡向正反應方向移動，v正(N2)減小，t3時達到平衡，以此畫出圖像；

（2）根據(jù)以上有關數(shù)據(jù)，可據(jù)蓋斯定律分析，NO與CO反應的K值大小，進而解答；

（3）先根據(jù)N2(g)的體積分數(shù)為1/3，求出各組份的物質(zhì)的量分數(shù)，再根據(jù)

Kp=計算平衡常數(shù)；

（4）電極I為陰極，陰極上是HSO3－獲得電子生成S2O42－，在酸性條件下還生成水，結合電子守恒、電荷守恒寫出電極反應式。

（1）①A．由反應式和起始加料量可知，體系中n(CH4)/n(NO2)比值始終不變，不能作為達到平衡狀態(tài)的標志，故A錯誤；

B．容器的容積和混合氣體總質(zhì)量都不變，所以混合氣體的密度不隨時間改變，不能作為反應達到平衡狀態(tài)的標志，故B錯誤；

C．正反應為放熱反應，體系達到平衡后，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，氣體分子數(shù)減小，根據(jù)M=，體系中的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，故C正確；

D．恒溫恒壓時，充入CH4平衡向正反應方向移動，氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確。

故答案為：CD；

②t2時容積擴大到原來的2倍，組分濃度減小，根據(jù)勒夏特列原理，平衡向正反應方向移動，v正(N2)減小，t3時達到平衡，即圖像是：。

故答案為：。

(2) 反應I：2NO(g)N2(g)＋O2(g) K1=1×1030

反應II：2CO2 (g)2CO(g)＋O2(g) K2=4×10－92

據(jù)蓋斯定律①-②得2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g)的K= K1/K2＝2.5×10121，K值越大，反應進行的越完全，從理論上來說，CO與NO能反應完全，
因此，本題正確答案是：能，由反應I和II的平衡常數(shù)，可知2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g)的K= K1/K2＝2.5×10121，該反應向正方向的趨勢很大，使用合適的催化劑加快反應速率，基本上可以除去污染氣體；

（3）NO(g) +NO2(g)+2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。

已知平衡時，n(NO)=a mol，n(NO2)=2a mol，n(NH3)=2a mol，n(N2)=2b mol，

物質(zhì)變化的物質(zhì)的量之比等于化學計量數(shù)之比，則n(H2O)=3b mol，

根據(jù)N2(g)的體積分數(shù)為1/3，則有：=，解得，b=5a，

平衡時NO、NO2、NH3、N2、H2O的物質(zhì)的量分數(shù)分別為：、、、、，

此時的平衡常數(shù)Kp===P。

因此，本題正確答案是：P；

（4）電極I為陰極，陰極上是HSO3－獲得電子生成S2O42－，在酸性條件下還生成水，電極反應為：2HSO3－ + 2e－+ 2H+ = S2O42－+2H2O，

因此，本題正確答案是：2HSO3－ + 2e－+ 2H+ = S2O42－+2H2O。