Question

9．汽車尾氣中含CO、NO_x、碳氫化合物等廢氣，在汽車上安裝三效催化轉化器可使這些尾氣生成無毒物質，減少汽車尾氣污染．
（1）已知：（Ⅰ） N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
（Ⅱ）2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
（Ⅲ）C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
則（Ⅳ）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
（2）反應（Ⅳ）△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”），在低溫（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下能自發進行；
（3）如圖1所示，將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應（Ⅳ），相同時間內測量逸出氣體中NO含量，從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉化率），結果如圖所示．

以下說法正確的是：D
A．第②種催化劑比第①種催化劑脫氮率高        B．相同條件下，改變壓強對脫氮率沒有影響
C．曲線①、②最高點表示此時平衡轉化率最高    D．催化劑分別適用于55℃和75℃左右脫氮
（4）某研究小組在實驗室用某新型催化劑對CO、NO催化轉化進行研究，相同時間內測得NO轉化為N₂的轉化率隨溫度、CO混存量的變化情況如圖2所示．
①若不使用CO，溫度超過775℃，發現NO的分解率降低，其可能的原因為該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行；
②在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應控制的最佳溫度在870℃左右．
（5）在某溫度下，2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol進行反應（Ⅳ），測得NO物質的量變化如圖3所示：
5分鐘末反應達到平衡，該反應的平衡常數K=5，第6分鐘繼續加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.1molN₂，請在上圖中畫出到9分鐘末反應達到平衡NO的物質的量隨時間的變化曲線．
（6）NO_x是大氣污染物之一，科學家們在嘗試用更科學的方法將NO_x脫氮轉化成無毒的N₂，減少對大氣的污染．下列物質可以作為脫氮劑的是：ABD
A．NH₃          B．CH₄           C．KMnO₄           D．尿素．

Answer 1

分析 （1）已知：（Ⅰ） N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
（Ⅱ）2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
（Ⅲ）C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
根據蓋斯定律：方程式（III）×2-（I）-（II）得到方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），據此計算；
（2）當△H-T△S＜0，反應能自發進行；
（3）A．催化劑只影響反應速率，不會改變轉化率；
B．增大壓強平衡向逆反應方向移動；
C．最高點為催化劑活性最高的溫度；
D．根據圖象判斷，脫氨率最高的點對應的溫度應是最適宜溫度；
（4）①分析圖象的曲線變化特征判斷，升高溫度，發現NO的分解率降低；
②根據圖象分析最佳溫度；
（5）已知反應為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol，達到平衡時NO為0.2mol，利用三段式求出平衡濃度，再根據K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算；第6分鐘繼續加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，根據Qc=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算，然后比較Qc與K的大小關系判斷移動方向，再作圖；
（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脫氮轉化成無毒的N₂，需要加還原劑，據此分析．

解答 解：（1）已知：（Ⅰ） N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
（Ⅱ）2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
（Ⅲ）C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
根據蓋斯定律：方程式（III）×2-（I）-（II）得到方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H=（-393.5kJ/mol）×3-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol；
故答案為：-746.5 kJ/mol；
（2）已知（Ⅳ）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol，該反應為氣體體積減少的反應，所以△S＜0，若要△H-T△S＜0，T的數值必須較小，即在低溫時自發進行；
故答案為：＜；低溫；
（3）A．催化劑不會影響轉化率，只影響反應速率，所以第②種催化劑和第①種催化劑對轉化率沒有影響，故A錯誤；
B．反應為體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應方向移動，脫氮率減小，故B錯誤．
C．圖象研究的是不同催化劑在不同的溫度下的活性比較，最高點為催化劑活性最大的狀態，與平衡轉化率無關，故C錯誤；
D．兩種催化劑分別在55℃和75℃左右催化效率最高，說明此時催化劑的活性最大，故D正確；
故選：D．
（4）①升高溫度，發現NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱，則NO分解反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行；
故答案為：NO分解反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行；
②由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時，NO還原為N₂的轉化率為100%，所以應控制的最佳溫度在870℃；
故答案為：870℃；
（5）已知反應為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol，達到平衡時NO為0.2mol，
            2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始（mol）：0.4      0.4      0       0
轉化（mol）：0.2      0.2     0.1      0.2
平衡（mol）：0.2      0.2     0.1      0.2
則K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（\frac{0.2}{2}）^{2}×（\frac{0.1}{2}）}{（\frac{0.2}{2}）^{2}×（\frac{0.2}{2}）^{2}}$=5；
第6分鐘繼續加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，則c（NO）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，c（CO）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，
c（N₂）=$\frac{0.1mol+0.3mol}{2L}$=0.2mol/L，c（CO₂）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，
Qc=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=5=K，說明是平衡狀態，所以第6分鐘繼續加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，仍是平衡狀態，但是NO的物質的量變為原來的2倍，作圖為；
故答案為：；
（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脫氮轉化成無毒的N₂，需要加還原劑，NH₃、CH₄、尿素均可作還原劑，KMnO₄是常用的氧化劑，所以ABD正確；
故答案為：ABD．

點評 本題考查化學反應速率與化學平衡移動問題，化學平衡常數及影響因素、意義，反應速率計算等，難度中等，本題注意分析圖象曲線的變化趨勢，側重于考查學生的讀圖能力和分析能力．