Question

2013年12月杭州多日被霧霾籠罩，有報道稱霧霾顆粒中汽車尾氣占20%以上．已知汽車尾氣中的主要污染物為NO_x、CO、燃燒源超細顆粒（PM2.5）等有害物質．目前，已研究出了多種消除汽車尾氣污染的方法．
Ⅰ．在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉化器，可有效降低NO_X的排放．
已知：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ?mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ?mol^-1
（1）尾氣轉化的反應之一：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
（2）已知：N₂、O₂分子中化學鍵的鍵能分別是946kJ?mol^-1、497kJ?mol^-1，則NO分子中化學鍵的鍵能為

 

kJ?mol^-1．
（3）當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．圖1表示在其他條件不變時，反應：
2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）中NO的濃度[c（NO）]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖1中畫出c（NO）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
Ⅱ．還原法．用活性炭還原法處理氮氧化物．有關反應為：C（s）+2NO（g）N₂（g）+CO₂ （g）△H．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

濃度/mol?L-1 時間/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

（1）T₁℃時，該反應的平衡常數K=

 

（保留兩位小數）．
（2）30min后，改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件可能是

 

．
（3）若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為 5：3：3，則該反應的
△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
Ⅲ．變廢為寶．
（1）CO可用于合成CH₃OH，反應方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），在一定溫度壓強下（甲醇為氣體），在容積為2L的密閉容器中通入0.2mol CO與0.4mol H₂，達平衡時CO的轉化率50%，再加入1.0mol CO后重新達到平衡，則CO的轉化率

 

（填“增大”、“不變”或“減小”），CH₃OH的體積分數

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）；
（2）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖2所示，在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物 Y，有關電極反應可表示為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡建立的過程,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．（1）根據蓋斯定律來解答；
（2）根據舊鍵斷裂吸收的能量減去新鍵生成釋放的能量值即為反應熱；
（3）催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，據此作圖．
Ⅱ．Ⅰ（1）當20-30min時，各物質的物質的量不變，則反應達到平衡狀態(tài)，根據K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

計算；
（2）根據表中數值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質；
（3）根據濃度比值的變化來確定移動方向；
Ⅲ．（1）根據增加一種物質的濃度，會提高另一種物質的轉化率，但本身的轉化率降低，CH₃OH的體積分數減少；
（2）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應；

解答： 解：Ⅰ．（1）a：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
b：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
c：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
根據蓋斯定律，由2c-a-b得到：NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
故答案為：-746.5 kJ/mol；
（2）反應N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ?mol^-1，可設NO分子中化學鍵的鍵能為X，則有：946kJ?mol^-1+497kJ?mol^-1-2X=180.5kJ?mol^-1，得：X=632.25kJ?mol^-1，
故答案為：631.25；
（3）催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，故c（NO） 在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：；故答案為：；                
Ⅱ．（1）當20-30min時，各物質的物質的量不變，則該反應達到平衡狀態(tài)，K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56；
故答案為：0.56；
（2）根據表中數值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質；
故答案為：分離出了二氧化碳；
（3）30min時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則平衡向逆反應方向移動，所以逆反應是吸熱反應，正反應是放熱反應，則△H＜0；
故答案為：＜；
Ⅲ．（1）加入1.0molCO后重新達到平衡，則CO的轉化率降低，H₂轉化率升高，CH₃OH的體積分數減少；
故答案為：減少；減少；
（2）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；

點評：本題主要考查反應熱的計算、化學平衡常數、影響化學平衡的因素、化學平衡圖象以及電極反應方程式的書寫等，難度不大，（3）中注意根據“先拐先平數值大”原則判斷溫度高低是關鍵，作圖時注意到達平衡的時間與平衡時NO的濃度．