Question

汽車在現代生活中扮演著越來越重要的角色，但其尾氣（碳氫化合物、氮氧化物及一氧化碳等）帶來的環(huán)境污染越來越明顯，機動車廢氣排放已成為城市大氣污染的重要來源．

（1）在汽車尾氣系統(tǒng)中安裝催化轉換器，可有效減少尾氣中的CO、NOx 和碳氫化合物等廢氣．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180kJ/mol
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol
2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H₃則△H₃=

 

kJ?mol^-1．
（2）氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0
①汽車啟動后，氣缸內溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是

 

．
②1mol空氣中含有0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時在含1mol空氣的密閉容器內反應達到平衡，測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數K≈

 

．
（3）尾氣中的CO主要來自于汽油不完全燃燒．
①有人設想按下列反應除去CO：2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H=+221kJ?mol^-1，簡述該設想能否實現的依據：

 

．
②測量汽車尾氣的濃度常用電化學氣敏傳感器，其中CO傳感器可用如圖1簡單表示，則陽極發(fā)生的電極反應為

 

．
（4）汽車尾氣中的CO可轉化為甲烷，方程式為CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）．其他條件相同時，H₂的平衡轉化率在不同壓強下隨溫度的變化如圖2所示．
①該反應的△H

 

0（填“＜”、“=”或“＞”）．
②實際生產中采用圖中M點而不是N點對應的反應條件，運用化學反應速率和平衡知識，同時考慮生產實際，說明選擇該反應條件的理由

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，得到反應焓變；
（2）①依據影響化學反應速率和化學平衡的因素分析判斷；
②結合化學三段式列式計算平衡濃度，平衡常數等于生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積計算；
（3）①依據反應自發(fā)進行的條件是△H-T△S＜0分析判斷；
②依據電解原理分析，陽極是失電子發(fā)生氧化反應的物質，結合圖示可知是一氧化碳失電子生成二氧化碳；
（4）①由圖可知，壓強一定時，升高溫度，平衡時氫氣的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應；
②相對于N點而言，采用M點，溫度在500-600K之間，溫度較高，反應速率較快，氫氣的平衡轉化率也較高，壓強為常壓對設備要求不高；

解答： 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁=+180kJ/mol
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol
依據蓋斯定律計算②×2-①得到：2NO（g）+2CO（g）═2CO₂（g）+N₂（g）△H₃ =-746KJ/mol；
故答案為：-746；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0，反應時氣體體積不變的吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡右移，單位時間內NO排放量越大；
故答案為：溫度升高，反應速率加快，平衡右移；
②1mol空氣中含有0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300℃時在含1mol空氣的密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol．
              N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）
起始量（mol） 0.8    0.2        0
變化量（mol） 4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡量（mol） 0.8-4×10^-4 0.2-4×10^-4 8×10^-4
反應前后氣體物質的量不變，用氣體物質的量代替平衡濃度計算平衡常數K=

(8×10-4)2

(0.8-4×10-4)×(0.2-4×10-4)

≈4×10^-6；
故答案為：4×10^-6；
（3）①2CO（g）═2C（s）+O₂（g）△H=+221kJ?mol^-1，反應是焓變增大，熵變減小的反應，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應任何溫度下都不能自發(fā)進行；
故答案為：該反應是焓增、熵減的反應，任何溫度下均不能自發(fā)進行；
②陽極是失電子發(fā)生氧化反應的物質，結合圖示可知是一氧化碳失電子生成二氧化碳同時生成氫離子，電極反應為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺；
故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺；
（4）①由圖可知，壓強一定時，升高溫度，平衡時氫氣的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，故△H＜0，故答案為：＜；
②相對于N點而言，采用M點，溫度在500-600K之間，溫度較高，反應速率較快，氫氣的平衡轉化率也較高，壓強為常壓對設備要求不高，
故答案為：相對于N點而言，采用M點，溫度在500-600K之間，溫度較高，反應速率較快，氫氣的平衡轉化率也較高，壓強為常壓對設備要求不高；

點評：本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡影響因素、平衡常數計算等，注意利用三段式計算，難度中等．