Question

在汽車尾氣系統中安裝催化轉換器，可有效減少尾氣中的CO、NO、NO₂和碳氫化合物等廢氣．在轉換器的前半部，CO和氮氧化物（NO_x）在催化劑的作用下發生反應，生成CO₂和N₂；在轉換器的后半部，殘余的烴和尚未反應的CO在催化劑的作用下被氧化生成CO₂和H₂O．

（1）寫出在催化轉換器的前半部所發生反應的化學方程式（氮氧化物以NO_x表示）

2NO_x+2xCO

催化劑 .

△

N₂+2xCO₂

．
（2）若汽油（以辛烷計）進入氣缸的速率為n mol?s^-1，空氣（假設空氣中N₂和O₂體積比為4：1）進入汽缸的速率為m mol?s^-1，則理論上催化轉換器排出CO₂的速率為：

8n

mol?s^-1．
（3）假定進入催化轉換器的氮氧化物的物質的量為a，CO物質的量為b，碳氫化合物（以庚烷計）物質的量為c．求：
①在催化轉換器的前半部消耗CO物質的量的范圍

a＜n（CO）＜2a

．
②在催化轉換器的后半部消耗O₂物質的量的范圍

b-2a

2

+11c＜n（O₂）＜

b-a

2

+11c

．

Answer 1

分析：（1）根據反應物、生成物和反應條件寫出反應方程式；
（2）根據方程式中物質之間的關系式進行計算；
（3）①根據方程式中氮氧化物和一氧化碳的關系式采用極限法進行計算；
②根據一氧化碳、庚烷分別和氧氣的關系式進行計算．

解答：解：（1）該反應中反應物是氮氧化物和一氧化碳，生成物是氮氣和二氧化碳，反應條件是催化劑和加熱，所以該反應方程式為：2NO_x+2xCO

催化劑 .

△

 N₂+2xCO₂，故答案為：2NO_x+2xCO

催化劑 .

△

 N₂+2xCO₂；
（2）辛烷和氧氣的反應方程式為：C₈H₁₈+

27

2

O₂

催化劑 .

△

8CO₂+9H₂O，設二氧化碳的排出速率為x，
                              1                 8
                              n                x
x=8n
（3）①2NO_x+2xCO

催化劑 .

△

 N₂+2xCO₂
當x=1時，根據NO---CO得，消耗amolNO需要CO的物質的量是amol，當x=2時，根據NO₂---2CO得，消耗amol二氧化氮需要CO的物質的量是2amol，實際上1＜x＜2，所以氮氧化物消耗一氧化碳的物質的量為
a＜n（CO）＜2a，故答案為：a＜n（CO）＜2a；
②通過①知剩余的CO的物質的量為b-2a＜n（CO）＜b-a，根據2CO+O₂

催化劑 .

△

2CO₂知，需要氧氣的物質的量為

b-2a

2

＜n（O₂）＜

b-a

2

，
根據C₇H₁₆+11O₂

催化劑 .

△

7CO₂+8H₂O知，需要n（O₂）=11n（C₇H₁₆）=11cmol，
所以一共需要氧氣的物質的量為：

b-2a

2

+11c＜n（O₂）＜

b-a

2

+11c，
故答案為：

b-2a

2

+11c＜n（O₂）＜

b-a

2

+11c．

點評：本題考查物質的量的有關計算，能正確書寫方程式是解本題關鍵，難度不大．